Модель типу «чорний ящик»

Важливу для людини роль відіграють наочні, образні, візуальні моделі. Перейдемо від визначення системи до його візуальному еквіваленту.

По-перше, наведене визначення нічого не говорить про внутрішній устрій системи. Тому її можна зобразити у вигляді непрозорого «ящика», виділеного з навколишнього середовища. Підкреслимо, що вже ця, максимально проста, модель по-своєму відображає два наступних важливих властивості системи: цілісність і відокремленість від середовища.

По-друге, у визначенні системи побічно йдеться про те, що хоча «ящик» і відокремлений, виділений з середовища, але не є повністю від неї ізольованим.

Справді, адже досягнута мета - це заплановані заздалегідь зміни в навколишньому середовищі, якісь продукти роботи системи, призначені для споживання поза нею. Інакше кажучи, система пов'язана із середовищем і за допомогою цих зв'язків впливає на середу. Зобразимо зв'язку у вигляді стрілок, спрямованих від системи в середу. Ці зв'язки називаються виходами системи.

Крім того, у визначенні є вказівка ​​і на наявність зв'язків іншого типу: система є засобом, тому повинні існувати і можливості її використання, впливу на неї, тобто і такі зв'язки з середовищем, які спрямовані ззовні в систему. Зобразимо ці зв'язки також у вигляді відповідних стрілок, спрямованих від середовища в систему, і назвемо їх входами системи.

В результаті ми побудували модель системи, яка отримала назву чорного ящика. Ця назва образно підкреслює повну відсутність відомостей про внутрішній зміст "ящика": в цій моделі задаються, фіксуються, перераховуються тільки вхідні і вихідні зв'язки системи з середовищем (навіть "стінки ящика", тобто кордону між системою і середовищем, в цій моделі зазвичай не описуються, а лише маються на увазі, визнаються існуючими). Така модель, незважаючи на зовнішню простоту і на відсутність відомостей про нутрощі системи, часто виявляється корисною.

У багатьох випадках достатньо змістовного словесного опису входів і виходів; тоді модель "чорного ящика" є просто їх списком. Наприклад, побутова модель телевізора така: входи - шнур електроживлення, антена, ручки управління і настройки; виходи - екран кінескопа і звукодінамікі. В інших випадках потрібно кількісний опис деяких або всіх входів і виходів. Намагаючись максимально формалізувати модель "чорного ящика", ми приходимо до завдання двох множин X і У вхід-них і вихідних змінних, але ніяких інших відносин між цими множинами фіксувати не можна (інакше це вже буде не "чорний", а про-прозорі ящик) .

Складності побудови МОДЕЛІ "ЧОРНОГО ЯЩИКА"

Тепер розглянемо принципово важливе питання про оманливої ​​про-стота моделі "чорного ящика". Здавалося б, так просто: перерахувати входи і виходи системи - і модель готова. Але як тільки це буде потрібно зробити для конкретної реальної системи, ми стикаємося з труднощами. Проіл-люстріруем це спочатку на добре знайомих прикладах.

Приклад 1. Наведемо виходи системи "наручний годинник". З огляду на, що виходи відповідають конкретизації мети, фіксуємо в якості виходу встановити правильний час в довільний момент. Потім беремо до уваги, що сформульована таким чином мета ставиться до всіх годинах, а не тільки до наших наручним годинником. Щоб розрізнити їх, вносимо наступне додавання (вихід): зручність носіння годин на зап'ясті; тоді з'являється обов'язковість ремінця або браслета, а з ним і ще один вихід: задовольнив ширення вимог санітарії і гігієни, так як не будь-яке кріплення годинника на руці допустимо з цієї точки зору.

Далі, уявивши собі умови експлуатації годин, можна додати достатню в побутових умовах міцність; пилевлагонепроніцаемост'.

Потім, розширивши поняття "умови експлуатації годин", додамо ще два виходи: достатню для побутових потреб точність; легкість прочитано-ня показань годин при побіжному погляді на циферблат.

Приклад 2. Спробуємо перерахувати входи системи "легковий авто-біль". Виходячи з визначення системи як засобу досягнення мети, ми зв'язали поняття входу з керуючим впливом на систему, а також впливу, "підштовхує" систему до мети. Тому відразу ж виділимо в авто-біле як входів ті його елементи, які призначені для управ-ління під час руху: кермо, педалі зчеплення, газу і гальма, важіль пе-реключенія коробки передач, перемикачі сигналізації і освітлення, ручка аварійного та стоянкового гальма.

Потім, враховуючи, що регулюють впливу доводиться здійснюва-лять не тільки на ходу, в список входів автомобіля вносимо регулювальні гвинти, гайки, ексцентрики.

Мастило і заправка - це також регулює і котра управляє воздейст-вия. Тому точки змащення і заправні отвори є входами.

Не можна не враховувати входи в буквальному сенсі. Тому додаємо двері салону і (заодно) кришки багажника і капота.

І тут ми починаємо розуміти, що вхідний вплив на автомобіль надає не тільки водій, але і пасажири, а також навколишнє середовище. Записуємо в перелік входів вікна і дзеркала, за допомогою яких надійшли-ет інформація до водія і пасажирам. Але тоді можна відзначити, що властивості поверхні, по якій рухається автомобіль, також надають вхідний вплив: по-різному доводиться діяти водієві при їзді по асфальту, піску, гравію, в разі ожеледі, бруду. Додаємо до списку входів механічний вплив грунту на колеса.

Однак відмінність між піском і асфальтом для автомобіля суттєво-но лише тому, що існує поле тяжіння Землі.

Разом з тим ми ще не згадали багато реально існуючі спо-соби впливу середовища на дану систему: ручки склопідйомників, ае-родінаміческое опір повітря, кнопки радіоприймача або кондиціонер рів, а в останніх моделях - входи обчислювальних пристроїв. А раз-ве не впливають на автомобіль і його пасажирів електричні і магнітні поля! Не дарма ж рекомендують прикріплювати до автомобіля проводить ре-мень, який відводить накопичуються на кузові електричні заряди. Далі, стали обов'язковими Пристібний ремені, так як не можна нехтувати тим, що існує ще один вхід - сили інерції, які при аваріях досягають небезпечних для здоров'я і життя величин. Очевидно, що список входів може бути ще продовжений.

Розглянуті приклади свідчать, що побудова моделі "чорного ящика" не є тривіальним завданням, так як на питання про те, скільки і які саме входи і виходи слід включати в модель, відповідь не простий і не завжди однозначна. Встановимо причини цього факту.

Множинні ВХОДІВ І ВИХОДІВ

Головною причиною множинності входів і виходів у моделі "чорного ящика" є те, що будь-яка реальна система, як і будь-який об'єк-ект, взаємодіє з об'єктами навколишнього середовища необмеженим чис-лом способів. Будуючи модель системи, ми з цього незліченної безлічі зв'язків відбираємо кінцеве їх число для включення в список входів і вихо-дів. Критерієм відбору при цьому є цільове призначення моделі, суще-ність тієї чи іншої зв'язку по відношенню до цієї мети. Те, що сущест-венно, важливо, включається в модель, то, що несуттєво, неважливо, - не включається. Саме тут можливі помилки. Той факт, що ми не враховуючи третьому в моделі, виключаємо з розгляду інші зв'язку, не позбавляє їх ре-альності, вони все одно діють незалежно від нас. І нерідко надає-ся, що здавалося несуттєвим або невідомим для нас насправді є важливим і має бути враховано.

Особливе значення цей момент має при завданні мети системи, тобто при визначенні її виходів головну мету доводиться супроводжувати завданням додаткових цілей. Важливо підкреслити, що виконання тільки основної мети недостатньо, що невиконання додаткових цілей може зробити непотрібним або навіть шкідливим і небезпечним досягнення основної мети. Цей момент заслуговує на особливу увагу, так як на практиці часто обна-ружівается незнання, нерозуміння або недооцінка важливості зазначеного положення. Тим часом воно є одним з центральних в усій системологии.

Приклад 3. Років тридцять тому світіння цифр і стрілок наручних годинників було досягнуто застосуванням фосфоресцирующей фарби. Згодом виявилося, що крім корисного ефекту виникали шкідливі для здоров'я через лучения, і випуск такого годинника довелося припинити. Тепер знайдені нера-радіоактивних світяться матеріали, і світяться годинник знову з'явилися в продажу.

Модель "чорного ящика" часто виявляється не тільки дуже корисною, але в ряді випадків єдино прийнятною при вивченні систем. Наприклад, при дослідженні психіки людини або впливу ліки на живий орга-нізм ми позбавлені можливості втручання в систему інакше як тільки через її входи, і висновки робимо тільки на підставі спостереження за її ви-ходами. Це взагалі відноситься до таких досліджень, в результаті прове-дення яких потрібно отримати дані про систему в звичайній для неї обста-новки, де слід спеціально піклуватися про те, щоб вимірювання якомога менше впливали на саму систему. Інша причина того, що доводиться огра-нічіваться тільки моделлю "чорного ящика", - дійсне відсутність даних про внутрішній устрій системи. Наприклад, ми не знаємо, як "влаштований" електрон, але знаємо, як він взаємодіє з електричними і магнітними полями, з гравітаційним полем. Це і є опис електро-на на рівні моделі "чорного ящика".

Зробимо ще одне зауваження. Модель "чорного ящика" - це вже струк-турірованная модель: в ній про кожну зв'язок із середовищем відомо, чи стосується вона до числа входів або є виходом. Однак на ранніх стадіях ис-проходження системи така інформація може бути відсутнім: ми можемо ви-ділити деяку зв'язок системи із середовищем, можемо навіть спостерігати або через міряти параметр, що характеризує цей зв'язок, але не мати підстав Безус-ловний говорити про спрямованість цієї зв'язку. У таких випадках іноді поліз-но розглянути дві конкуруючі моделі "чорного ящика", в одній з ко-торих цей зв'язок зарахована до входів, а в іншій - до виходів. Прикладом є дослідження зв'язку між двома процесами, коли невідомо, який з них - причина, а який - наслідок, або навіть взагалі є чи їх зв'язок причинно-наслідкового (тобто можливо, що вони обидва - слідства якийсь ненаблюдаемой причини).