Проблема множественности вариантов модели черного ящика на примере компьютера
Определение системы, приведенное выше, довольно абстрактно и ничего не говорит о внутреннем устройстве системы, а также о связях с внешней средой.
Тем не менее 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.
Если следовать первому определению системы, то система является средством, а следовательно, существуют возможности воздействовать на это средство из внешней среды (уточнять ход, снабжать энергией, наблюдать и т. д.).
Графически отмеченные взаимодействия системы с внешней средой представлены на рис. 10.
Рис. 10. Модель «черного ящика»
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, и неважно – что находится внутри системы. Поэтому приведенную модель часто называют моделью «черного ящика».
Понятие «черный ящик» было предложено У. Р. Эшби. В кибернетике оно позволяет изучать поведение систем, т. е. 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» 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.
Исследование с помощью метода «черного ящика» заключается в том, что осуществляется предварительное наблюдение за взаимодействием системы с внешней средой и установление списка входных и выходных воздействий, среди которых выделяются существенные воздействия. Затем осуществляется выбор входов и выходов для исследования с учетом имеющихся средств воздействия на систему и средств наблюдения за ее поведением.
На следующем этапе производятся воздействие на входы системы и регистрация ее выходов. В процессе изучения наблюдатель и «черный ящик» образуют систему с обратной связью, а первичные результаты исследования – множество пар состояний входа и выхода, анализ которых позволяет установить между ними причинно-следственную связь.
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.
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.Проблемность существующего положения осознается в несколько «стадий»: от смутного ощущения, что «что-то не так», к осознанию потребности, затем к выявлению проблемы и, наконец, к формулировке цели. Цель — это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему.
Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цепи. Другими словами, система есть средство достижения цели. Это и есть первое определение системы.
Система есть средство достижения цели, средство решения проблемы. Акцентируя внимание на этом моменте, используем образное выражение "без проблемы нет системы".
Другой аспект первого определения системы состоит в его конструктивности. Оно не только отвечает на вопрос «зачем нужна система?», но и ориентирует при решении вопроса, следует или не следует включать данный объект из окружающей среды в состав системы: да, если его свойства могут быть использованы для достижения цели. Поэтому можно сформулировать еще одно образное выражение, подчеркивающее этот аспект: система есть тень цели на среде.
Таким образом, первое определение (искусственной) системы («средство достижения цели») выдвигает на первый план целевую подчиненность всех сторон организации системы. Однако даже на простых примерах обнаруживаются сложности: соответствие между целями и системами не всегда однозначно (одна система может быть связана с несколькими целями, одной цели могут отвечать разные системы) и не всегда очевидно (выявить действительные цели существующей сие темы непросто). Тем не менее целевая предназначенность системы — ее исходное, главное свойство.
Система (искусственная) есть средство достижения цели. Однако соответствие цели и системы неоднозначно: в чем-то разные системы могут быть ориентированы на одну цель; одна система может иметь (и, как правило, имеет) несколько разных целей.
Модель типа «черный ящик» отображает только связи системы со средой, в виде перечня «входов» и «выходов». Трудность построения модели «черного ящика» состоит в том, что надо решить, какие из многочисленных реальных связей включать, а какие не включать в состав модели. Кроме того, всегда существуют и такие связи, которые нам неизвестны, но они-то и могут оказаться существенными.
Приведенное определение ничего не говорит о внутреннем устройстве системы. Поэтому ее можно изобразить в виде непрозрачного «ящика», выделенного из окружающей среды. Эта максимально простая, модель по-своему отражает два следующих важных свойства системы: целостность и обособленность от среды.
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. Система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на 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 (Рисунок 1).
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.
В результате мы построили модель системы, которая получила название черного ящика. Это название образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании «ящика»: в этой модели задаются, фиксируются, перечисляются 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, признаются существующими). Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и на отсутствие сведений о внутренности системы, часто оказывается полезной.
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.
Рисунок 1 – Модель «черный ящик»
Особое значение этот момент имеет при задании цели системы, т.е. при определении ее выходов. Это относится и к описанию существующей системы по результатам ее обследования, и к проекту пока еще не существующей системы. Реальная система неизбежно вступает во взаимодействия со всеми объектами окружающей среды, поэтому важно как можно раньше, лучше всего еще на стадии построения (проектирования) модели, учесть все наиболее важное. В результате главную цель приходится сопровождать заданием дополнительных целей. Важно подчеркнуть, что выполнения только основной цели недостаточно, что невыполнение дополнительных целей может сделать ненужным или даже вредным и опасным достижение основной цели. Этот момент заслуживает особого внимания, так как на практике часто обнаруживается незнание, непонимание или недооценка важности указанного положения.
Модель «черного ящика» часто оказывается не только очень полезной, но в ряде случаев единственно применимой при изучении систем. Другая причина того, что приходится ограничиваться только моделью «черного ящика», — действительное отсутствие данных о внутреннем устройстве системы. Например, мы не знаем, как «устроен» электрон, но знаем, как он взаимодействует с электрическими и магнитными полями, с гравитационным полем. Это и есть описание электрона на уровне модели «черного ящика».
Таким образом, простота модели «черного ящика» обманчива. Всегда существует опасность неполноты составления перечня входов и выходов как вследствие того, что важные из них могут быть сочтены несущественными, так и в силу неизвестности некоторых из них в момент построения модели.
Подготовка к работе
Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:
– проблемы и системы [10];
– модель «черный ящик» и особенности ее построения [10, 11];
– понятия «проблема», «цель», «проблемная ситуация», «система» [5, 10].
Вопросы для самопроверки
1 Дайте понятие цели.
2 Что представляет собой система?
3 Главное свойство системы.
4 Модель «черный ящик» и трудности ее построения.
5 Свойства системы.
6 Множественность «входов» и «выходов» «черного ящика».
7 Расскажите о неуказанных Вами «входах» и «выходах» вследствие их малой значимости.
Порядок выполнения работы
1 Проанализировать какую-либо проблему, дать ей краткую характеристику.
2 Построить модель «черный ящик», указав «входы» и «выходы» и определить связь с окружающей средой.
Содержание отчета
Отчёт по лабораторной работе оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчёт по практической части работы должен содержать: письменные ответы на вопросы для самопроверки; схему модели «черный ящик».
Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам.
Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем.
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все.
Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор.
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 (рис.
6.1). 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. 6.1. 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:
• рычаг переключения передач;
• переключатель освещения дороги;
• ручку ручного тормоза;
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;
• отверстия для заливки стеклоочистителя.
Нельзя не учитывать входы автомобиля в буквальном смысле слова:
• 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;
Не следует, наверно, забывать и о входах, обеспечивающих комфорт водителя и пассажиров:
• кнопках радиоприемника (телевизора, дисковода);
• 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:
• знаком аварийной остановки;
А разве не влияют на автомобиль:
• электрические и магнитные поля;
• гравитационное поле Земли;
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;
Далее, представив себе условия эксплуатации автомобиля, можем добавить:
• герметичность салона (пыле- и влагонепроницаемость);
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.
Модель «черного ящика», примеры которой будут приведены далее, представляет собой иллюстрацию объекта, для которого заданы выход и вход. При этом его содержимое неизвестно. Рассмотрим далее, как построить модель «черного ящика».
Первый этап
В качестве исходного действия, необходимого для составления модели абсолютно любой системы, выступает отделение объекта от окружающей его среды. Эта простейшая операция отражает два важнейших свойства: обособленность и целостность предмета. Объектом исследования является некий объект, содержимое которого неизвестно.
Множества
Они задаются для того, чтобы модель «черного ящика» была максимально формализована. В результате исследователь приходит к заданию 2 множеств Y и Х выходных и входных переменных. При этом никакие отношения между ними на данном этапе не фиксируются. В противном случае получится модель прозрачного, а не «черного ящика». Так, для телевизора множеством Х могут являться предельные диапазоны сетевого напряжения и радиоволн трансляции.
Модель «черного ящика»: системный анализ
На заключительном этапе исследуются и отражаются изменения объекта. К примеру, они могут происходить в течение определенного времени. То есть исследователь иллюстрирует состояние объекта в динамике. Описание модели «черного ящика» должно показывать соответствия, во-первых, компонентов множества Х вероятных величин входных параметров и элементов упорядоченного Т-множества временных отрезков. Кроме этого, должно быть отображено аналогичное соотношение для выходных показателей.
Специфика
Ключевым достоинством рассматриваемого объекта выступает его простота. Между тем, она во многих случаях весьма обманчива. Достаточно часто перечисление выходов и входов представляет собой довольно сложную задачу. Если рассмотреть автомобиль как модель типа «черный ящик», то этот вывод подтвердится. Мощность множеств при исследовании этого объекта превысит два десятка. При этом перечень параметров будет далеко не полным.
Такая множественность выходов и входов обуславливается неограниченностью вариантов взаимодействия рассматриваемого предмета со средой.
Дополнительно
Необходимо отметить еще одно важное явление. Рассматриваемая модель уже структурирована. В ней известно, относится ли связь к категории выходов или входов. Между тем, на начальных этапах исследования и эти сведения могут отсутствовать. Исследователь имеет возможность выделить определенную связь объекта со средой, наблюдать и измерять какой-либо параметр, по которому она характеризуется. Однако при этом не будет достаточно оснований безусловно установить ее направленность.
В таких ситуациях целесообразно исследовать два конкурирующих черных ящика. В одном связь будет рассматриваться как вход, в другом, соответственно, как выход. В качестве примера может выступать исследование процессов, для которых не установлено, какой является следствием, а какой – причиной, или вообще относится ли их связь к категории причинно-следственных.
Модель «черного ящика»: примеры
Как говорилось выше, иногда достаточно словесного содержательного отображения выходов и входов. В этом случае модель черного ящика будет являться их перечнем. Так, для телевизора отображение связей будет следующим:
В других ситуациях может потребоваться количественное отображение связей.
Возьмем другую систему – наручные часы. Следует принять во внимание, что выходы направлены на конкретизацию цели. Соответственно, в качестве одного из них можно зафиксировать показание времени в какой-либо произвольный момент. Далее следует учесть, что выраженная цель относится в целом ко всем часам, а не только к взятым наручным. Для их дифференциации можно внести следующее добавление – удобство ношения на запястье. Оно будет выступать в качестве входа. С этим добавлением возникает необходимость браслета или ремешка. С ним, в свою очередь, появляется обязательность удовлетворения правилам гигиены (выход), поскольку не каждое крепление допустимо на руке. Затем, если представить условия, в которых эксплуатируются часы, можно ввести еще несколько параметров: пылевлагонепроницаемость, прочность. Дополнительно можно применить еще два выхода. Ими будут точность, необходимая в повседневной жизни, а также доступность информации на циферблате для прочтения при беглом взгляде. В процессе исследования можно добавить еще несколько требований к часам. Например, вводятся такие выходы, как соответствие моде, соотношение цены с покупательской способностью потребителя.
Вполне очевидно, что этот перечень можно продолжать. В него допустимо включить требование о прочтении информации с циферблата в темноте. Реализация его приведет к значительному изменению конструкции. В ней могут предусматриваться, например, разные варианты самосвечения, считывания на ощупь, подсветки, подачи сигналов и пр.
Практическое значение
Зачастую модель «черного ящика» является не только весьма полезной, но и единственно доступной для использования при исследовании. К примеру, при анализе психических процессов в организме человека либо влияния медикаментов на пациента специалисты могут вмешиваться во внутренние процессы только через входы. Соответственно, выводы делаются на основании исследования выходов.
В целом данное положение относится к таким наблюдениям, в результате которых необходимо получить сведения о системе в привычных для нее условиях, в обстановке, где нужно особенно заботиться о том, чтобы процесс измерения оказывал минимальное на нее воздействие.
Применение такого «непрозрачного» объекта обуславливается также тем, что у исследователя нет информации о внутреннем его устройстве. В частности, неизвестно, как устроен электрон. Но установлено, как он взаимодействует с магнитным, гравитационным, электрическим полями. Такая характеристика и есть описание электрона по принципу модели «черного ящика».
Нюансы
Структурная модель системы применяется в тех случаях, когда нужно иллюстрировать сложный объект, в котором содержится несколько элементов. В простейших ситуациях в ней присутствует набор компонентов. Все они включены в сам объект. В этих случаях применяется понятие «модель состава системы».
Между тем, существует ряд вопросов, которые нельзя решить с ее помощью. В частности, чтобы собрать велосипед, недостаточно наличия ящика со всеми его элементами. Нужно знать, как правильно их соединить друг с другом. Очевидно, что только лишь модель состава системы в этом случае не поможет. Более того, в ряде случаев необходимо установить между компонентами определенные связи. Их характер показывает структурная схема. Она дает возможность решить больше задач. Структурная схема отвечает на вопросы: «Что входит в объект и каковы связи между его элементами?»
Заключение
Модель непрозрачного (черного) ящика считается самой простой в системологии. Между тем, при ее создании зачастую возникают разнообразные сложности. Они обуславливаются главным образом многообразием возможных вариантов установления связей между объектом и средой, в которой он расположен. При использовании модели необходимо учитывать разнообразные факторы, четко определять конечные и дополнительные цели. Исполнение последних зачастую крайне важно для получения запланированных результатов наблюдения.
1. Дайте определение модели «черный ящик».
«Черный ящик» — термин, который обозначает систему или механизм работы, которой очень сложен, неизвестен или неважен в рамках данной задачи. Такие системы обычно имеют некий «вход» для ввода информации и «выход» для отображения результатов работы. Состояние выходов обычно функционально зависит от состояния входов. В модель включается то, что существенно для достижения цели (целевое назначение модели).
Модель «черного ящика» — модель системы, представляющая собой структуру с известными выходными и входными параметрами и неизвестным внутренним устройством. Исследуя известные параметры, с помощью такой модели можно получить представление о внутреннем устройстве.
2. Приведите примеры:
а) системы, предназначенной для выполнения определенной цели, но которую можно использовать и для других целей;
б) системы, спроектированной специально для реализации нескольких различных целей;
Система – совокупность объектов, обладающих интегративным свойством.
Интегративные свойства системы:
Самолёт предназначен для воздушных перевозок, но не может совершать подводные плавания. Результат действия – перемещение по воздуху.
Лопата предназначена только для копания сыпучих материалов, но не для обработки драгоценных камней. Результат действия – перенос сыпучих материалов.
а) Например, можно привести ситуацию 90-х годов в России, когда произошла конверсия военного производства — перевод предприятий, выпускающих военную продукцию, на производство гражданской, мирной продукции, а также использование их научно-технических разработок в мирных целях. Например, Красногорский завод имени С.А. Зверева, выпускавший военно-техническую оптику, так же начали выпуск бытовой оптики «Зенит».
б) Корпорация Sony — производитель аудио и видео техники, но отличается тем, что она не только производит телевизоры, видеокамеры и музыкальные центры, но и ведет огромную научно-исследовательскую работу. Специализируется не только на электронной технике, но и на производстве аккумулирующих устройств, необходимых к электронной технике аксессуаров и ведет научно-исследовательские работы в сфере микроэлектроники и кибернетики.
3. Сформулируйте цель работы вашего факультета так, чтобы она не была общей для других факультетов, в том числе для родственных факультетов других вузов.
Характерной чертой новой экономики информационного общества как раз и является то, что она все больше основывается на инновациях, информационных продуктах и знаниях, а не только на расширяющемся потреблении невосполнимых природных ресурсов.
Основной задачей факультета информатики является подготовка квалифицированных кадров, способных разрабатывать и внедрять сложные информационные и интеллектуально-аналитические системы в бизнесе и государственном секторе управления. Выпускники факультета информатики готовы к профессиональной деятельности в качестве разработчиков ИС в экономике и менеджменте, специалистов по управлению корпоративными информационными системами и информационными ресурсами организации, разработчиков информационных технологий электронного бизнеса, когнитивных и системных бизнес-аналитиков, специалистов по технологиям управления знаниями организации, IT-консультантов.
4. Приведите пример, когда модель «черного ящика» оказывается единственно применимой.
Модель «черного ящика» часто оказывается не только очень полезной, но в ряде случаев единственно применимой при изучении систем. Например, при исследовании психики человека или влияния лекарства на живой организм мы лишены возможности вмешательства в систему иначе, как только через ее входы, и выводы делаем только на основании наблюдения за ее выходами. Это вообще относится к таким исследованиям, в результате проведения которых нужно получить данные о системе в обычной для нее обстановке, где следует специально заботиться о том, чтобы измерения как можно меньше влияли на саму систему. Другая причина того, что приходится ограничиваться только моделью «черного ящика», — действительное отсутствие данных о внутреннем устройстве системы. Например, мы не знаем, как «устроен» электрон, но знаем, как он взаимодействует с электрическими и магнитными полями, с гравитационным полем. Это и есть описание электрона на уровне модели «черного ящика».
5. Дайте определения модели состава.
Модель состава системы — более детальный анализ системы, разбив её на части, которые могут быть, в свою очередь, разбиты на составные части и т.д, где элемент системы — неделимые части системы, а подсистема — часть системы, состоящая более чем из одного элемента.
Пример: Система – семья. Подсистема – члены семьи, имущество семьи. Элементы – [муж, жена, дети, родственники и т.д.], [общее жилье и хозяйство, личная собственность и т.д.].
6. Причины множественности вариантов модели состава системы.
Поскольку границы системы не имеют абсолютного характера и если разным экспертам дать задание определить состав одной и той же системы, то результат их работы будет различаться из-за различия знаний о системе и понятием элементарности.
1.Понятие элемента, элементарности можно определить по-разному.
2. Как и любые модели, модель состава является целевой, и для различных целей модель состава будет разной.
3. Всякое разделение целого на части является в определенной степени условным. Другими словами, границы между подсистемами условны, относительны. То же можно сказать о границах самой системы с окружающей средой.
7. Сформулируйте определение для структурной модели системы.
Структурная модель системы — установление определенных связей между подсистемами и элементами — отношений. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами называется структурой системы.
8. Может ли число элементов системы превышать число связей между ними?
Возможно, если структура системы имеет линейный вид. Но возможен случай, когда количество связей превышают количество элементов (иерархические структуры), так как такие структурные связи обладают относительной независимостью от элементов системы.
9. Дайте определение безинерционной системы.
Безинерционнальная система — контролируемая система, имеющая признак, что через какое время система отреагирует на сигнал, который изменится только во время влияния над ней.
10. В чем основная сложность моделирования систем с запаздыванием?
Система с запаздыванием — такая система, в структуре которой есть хотя бы один элемент, в котором содержится неизменное запаздывание во времени изменения выходной координаты (степени свободы) после начала изменения входной.
На входе системы сигнал (данные) на выходе системы начинает изменяться только спустя некоторое время (поэтапный запуск системы). Это время называется временем запаздывания, которое обусловленное собственной конечной скоростью распространения сигнала.
11. Экономическая интерпретация понятия «степень свободы».
Разность между числом независимых уравнений и числом неизвестных в системе. Если число степеней свободы равно нулю, то система имеет единственное решение. В экономических исследованиях каждую степень свободы связывают с количественно измеряемой характеристикой системы.
12. Какие методики используются для системного анализа экономических структур? Почему существует проблема выбора методов исследования?
Поскольку в каждой методике типы моделей являются формальными (не относятся к конкретной системе) и для каждой такой модели придать конкретное содержание, т.е. решить какие характеристики реальной системы нужно «вписать» в формальную модель избранного типа и какие нет, можно считать, что есть проблема выбора метода исследования в системном анализе.
Методика системного анализа — разрабатывается и применяется в тех случаях, когда у лиц, принимающих решения, на начальном этапе нет достаточных сведений о системе или проблемной ситуации, позволяющих выбрать метод формализованного представления, сформировать математическую модель или применить один из новых подходов к моделированию, сочетающих качественные и количественные методы.
Методика структуризации целей и функций — последовательность этапов и средств их реализации, облегчающих формирование, оценку и анализ целей и функций систем управления. При разработке методики необходимо иметь представление о понятии цели, неоднозначности его использования, о закономерностях целеобразования, играющих важную роль при формировании и анализе структур целей.
Методика структуризации целей и функций, основанная на концепции системы, учитывающей среду и целеполагание — базируется на определении системы В.Н. Саратовского, где учитываются понятия цели, среды и интервала времени периода существования системы, влияющего на процесс целеобразования.
13. Содержание системного анализа на этапе формулировки проблемы?
Формулировку проблемы осуществляет инициатор системных исследований (заказчик, руководитель, исследователь). Чаще всего она только обозначает сферу интересов. Когда первоначальная формулировка проблемы внешне имеет вполне конкретный характер, это не значит, что так же будет звучать и постановка задачи. Это обусловлено следующими причинами:
Во-первых, проблемосодержащая система не является изолированной. Она связана с другими системами своего уровня, может входить составной частью в некую надсистему или включать в себя другие системы в качестве подсистем. Т.е. при решении проблемы нужно учитывать как результаты решения скажутся на окружении проблемосодержащей системы.
Во-вторых, формируемая заказчиком постановка задачи является его представлением или моделью реальной проблемной ситуации. Обычно это представление имеет приблизительный характер и в процессе проверки на адекватность требует уточнения, дополнения и расширения. Указанное обязывает аналитика считать любую исходную формулировку проблемы лишь «нулевым приближением» постановки задачи на проведение системного исследования.
14. В чем заключается смысловое содержание понятия «проблематика в системном анализе»?
Проблематика в системном анализе определяется как сплетение, комплекс проблем, которые неразрывно связаны с проблемой, подлежащей разрешению. Формулировка проблематики заключается в том, чтобы дать развернутую картину того, кто из ближайшего окружения системы и в чем заинтересован, какие изменения они хотят привнести в решение проблемы.
15. Содержание результатов системного анализа на этапе формирования проблематики?
Результатом формирования проблематики является всестороннее описание проблемы. Это достигается путем охвата всего круга участников:
1) Участников, принимающих решения, т.е. тех, от полномочий которых непосредственно зависит решение проблемы (руководителей образовательных учреждений, работников органов управления образованием и т.д.).
2) Активных участников, чьи действия (содействия) потребуются при решении проблемы.
3) Пассивных по отношению к решаемой проблеме участников, на ком скажутся (положительным или отрицательным образом) последствия решения проблемы.
4) Участников с возможным негативным отношением к решению проблемы, которые могут предпринять враждебные действия.
4. Что представляет собой конфигуратор проблемы?
Конфигуратор проблемы — совокупность всех языков, на которых будет описываться решаемая проблема (задание структуры подсистемы, построенной на имеющейся проблематике (проблематической надсистемой)).
16. В чем заключается содержание системного анализа на этапе постановки задачи?
К постановке задачи можно приступить, располагая первоначальной формулировкой подлежащей решению проблемы, ее проблематикой и конфигурацией. На этом этапе необходимо перевести существующую проблему в приемлемую постановку задачи принятия решения, реализация которой позволит устранить (или ослабить) проблему.
17. В чем заключается содержание системного анализа на этапе определения целей?
Определить цель системного анализа — это означает ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы. Сформулировать цель — значит указать направление, в котором следует двигаться, чтобы разрешить существующую проблему. Стремление удовлетворить все заинтересованные стороны при решении проблемы для этапа «Определение целей» имеет следствием множественность целей. Сформулированные цели по мере проведения системного анализа изменяются или отменяются совсем. Поэтому целеполагание должно предусматривать возможности уточнения, расширения и даже замены первоначальных целей системного анализа. На данном этапе системного анализа следует понимать, что определить правильную цель важнее, чем найти наилучшую альтернативу.
18. Для чего нужны критерии в системном анализе?
Наиболее широко в настоящее время в системном анализе используются критерии. Часто по результатам работы с критериями приходится пересматривать список альтернатив до тех пор, пока значения важнейших характеристик не попадут в требуемы диапазон, или менять цели, отказываясь от реализации второстепенных до более благоприятного времени. Эти критерии можно использовать поочередно, причем после вычисления их значений среди нескольких вариантов приходится произвольным образом выделять некоторое окончательное решение. Что позволяет, во-первых, лучше проникнуть во все внутренние связи проблемы принятия решений и, во-вторых, ослабить влияние субъективного фактора.
19. Как соотносятся понятия «цель» и «критерии»?
Задание целей, поиск путей их достижения и выбор критериев оценки альтернатив достижения целей всегда взаимосвязаны. Цель является главным звеном в принятии решений, а критерии – исходящим из цели. Критерий — это признак, основание, мерило оценки чего-либо, необходимо для обозначения видов связи суждений.
20. В чем заключается содержание системного анализа на этапе генерирования альтернатив?
Генерирование альтернатив (создание множества возможных способов достижения сформулированной цели) — творческий этап системного анализа, во многом определяющий окончательный результат. Для генерирования альтернатив применяют различные приемы и методы: мозговой штурм, поиск аналогий, разработка сценариев, морфологический анализ, деловые зрелище и др. конечная цель системного анализа состоит в выборе наилучшей альтернативы на заданном множестве и в обосновании этого выбора. Если в сформированное множество альтернатив не попала наилучшая, то никакие самые совершенные методы анализа не помогут ее вычислить. Трудность этапа обусловлена необходимостью генерации достаточно полного множества альтернатив, включающего на первый взгляд даже самые нереализуемые.
21. В чем заключается содержание системного анализа на этапе моделирования?
Моделирование – один из методов, которые используются при проектировании и исследовании больших систем. Моделирование осуществляется через эксперимент-процедуру организации и наблюдения каких-нибудь явлений, которые осуществляются в условиях, близким к действительным, или имитируют их. Основная общая цель моделирования заключается в наблюдении за системой, подверженной воздействию внешних или внутренних факторов при достижении системой определенного состоянии, которое может быть как задано, так и неизвестно, из-за отсутствия информации или по каким либо иным причинам. Моделирование позволяет определить сможет ли система функционировать при таких условиях или нет, во время этого перехода. В зависимости от реальной модели и цели расширяются и конкретизируются.
22. На каких этапах системного анализа используются системные диаграммы, и каким образом?
На этапе моделирования используются системные диаграммы. С помощью системных диаграмм легко изобразить взаимосвязи, труднопередаваемые словами: непоследовательные, нелинейные, непостоянные во времени взаимоотношения, осуществляемые с задержками и учитывающие субъективный фактор. Этот графический язык отлично подходит и для того, чтобы выразить системные взаимосвязи, характерные для какой-либо ситуации.
Пояснения
Особое значение для человека имеют наглядные визуальные образы. Используемое на практике определение системы не характеризует ее внутреннее устройство. Это позволяет выделить ее из среды. При этом она будет изображаться как модель «черного ящика» – целостный и относительно обособленный предмет. Достигнутая цель представляет собой заранее запланированные изменения в среде, определенные продукты работы объекта, предназначенные для потребления вне его. Другими словами, модель черного ящика устанавливает определенные связи и влияет на внешние условия. Как выше было сказано, они являются выходами.
Вместе с этим система выступает как средство. Поэтому необходимы возможности для ее применения, воздействия на нее. Соответственно, устанавливаются связи из среды в объект – входы. Использование модели «черный ящик» позволяет изучить только взаимодействие предмета и среды. В ней отображаются только входные и выходные параметры. При этом в ней даже отсутствуют границы между средой и объектом (стенки ящика). Они только подразумеваются, считаются существующими.
Взаимодействия со средой
Любая модель состава системы не является полностью изолированной. Она поддерживает с окружающей средой определенные связи. С их помощью происходит взаимное воздействие объекта и условий, в которых он находится. Соответственно, при выстраивании модели «черного ящика» на следующем этапе связи изображаются стрелками и описываются словами. Те, которые направлены в среду, являются выходами. Соответственно, обратные стрелки будут входами.
На этом уровне представления системы исследователь имеет дело с декларативной моделью. То есть выходы и входы определяются по шкале наименований. Как правило, достаточно такого отображения. Однако в ряде случаев необходимо дать количественное описание некоторых либо всех выходов и входов.
Характеристика хозяйствующего общества
Рассмотрим специфику построения модели на примере предприятия. Стоит сразу сказать, что ее создание базируется на выделении из бесконечного множества взаимодействий такого их набора, который адекватно отражал бы цель исследования. Безусловно, такую модель не следует сводить к моносистеме. То есть к такому объекту, у которого есть только по одному входу и выходу.
Модель «черный ящик» рассматривает организацию как систему связей предприятия с окружающей средой. При анализе для обоснования достаточного и необходимого набора параметров множеств выходов и входов широко применяются приемы математической статистики. Зачастую к процессу привлекаются и опытные эксперты.
Что касается отношений компании и окружающей среды, то здесь следует дать несколько пояснений. В первую очередь для ведения производственной деятельности необходим капитал. Он может быть представлен в форме заемных средств или собственных акций фирмы. За счет ликвидных активов предприятие получает возможность задействовать в процессе производственные факторы. Ими, как известно, являются материалы, оборудование и прочие ресурсы, которые преобразуются в готовую продукцию.
Еще одна связь с окружающей средой выражена в процессе сбыта изделий. Реализация продукции дает предприятию средства, которые, в свою очередь, направляются на погашение задолженностей, оплату труда и так далее. На заемные средства начисляются проценты. Они уплачиваются кредитной организации. Кроме этого, компания отчисляет обязательные платежи в бюджет. Вместе с этим, государство предоставляет фирме дотации.
Критерии выбора
Множественность выходов и входов обуславливается неограниченным количеством взаимодействий между объектом и средой. При выстраивании модели выбирается определенный набор связей, которые будут включены в перечень выходов и входов. В качестве критерия в таком случае выступает целевое назначение объекта, существенность взаимодействия относительно цели.
Соответственно, выбор делается следующим образом. Все, что существенно, включается в модель, а все, что таковым не является, – исключается из нее. Однако именно на этом этапе могут быть допущены ошибки. Тот факт, что в модели не учитывается определенный набор связей, не делает их нереальными. Они в любом случае существуют и действуют вне зависимости от воли исследователя, делающего выбор.
Зачастую оказывается, что представлявшиеся ранее неизвестными или несущественными условия на самом деле очень важны и должны быть учтены. Особое значение данный момент имеет при определении цели системы. При установлении выходов объекта основную задачу приходится дополнять вспомогательными проблемами. Следует подчеркнуть, что исполнения только ключевой цели будет недостаточно. При этом нереализация дополнительных задач может сделать в одних случаях ненужным, в других – опасным - решение основной проблемы.
На данный момент необходимо обратить особое внимание, поскольку на практике зачастую обнаруживается непонимание, незнание либо недооценка значения этого положения. В действительности же оно выступает в качестве одной из центральных идей системологии.
Читайте также: