Модель "черного ящика"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Система - это совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Признаками системы являются структурированность, взаимосвязанность составляющих частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. Цель функционирования системы также называют главной функцией системы.

Модель системы типа «чёрный 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.

Название "черный ящик" 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", то есть границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими).

1. Модель "черного ящика"

Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим одну из разновидности информационной модели систем.

Модель "черного ящика". Всякая система -- это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействуют между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы. Вход системы -- это воздействие, на систему со стороны внешней среды, а выход -- это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью "черного ящика" (см. рисунок).

Модель "черного ящика" используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. Например, в любой инструкции по использованию бытовой техники (телевизор, магнитофон, стиральная машина и пр.) дается описание работы с ней на уровне входов и выходов: как включить, как регулировать работу, что получим на выходе. Такого представления может быть вполне достаточно для пользователя данной техникой, но не достаточно для специалиста по ее ремонту.

Модель "черного ящика" отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой. Такой подход к сложным системам был введен в кибернетике. Казалось бы, это простейшая модель, которая не углубляется во внутреннее устройство системы. Однако и внешние взаимодействия реальной системы оказываются бесконечно сложными. Поэтому модель "черного ящика", как и любая другая, строится в соответствии с целью моделирования, учитывая лишь те входы и выходы системы, которые существенны с точки зрения цели моделирования, назначения создаваемой модели.

Если описать компьютер как "черный ящик", учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:

Если, кроме информационного, учитывать еще и физическое взаимодействие компьютера с внешней средой, то на входе надо добавить: "электропитание", "температурное воздействие", "вибрационное воздействие". На выходе: "излучение экрана", "шум вентилятора", "нагрев от монитора". В таком расширенном списке входов и выходов следует выделить основные параметры и побочные. Основные -- это те, которые связаны с главной функцией системы: работа с информацией. Среди побочных можно выделить необходимые (электропитание) и нежелательные (излучение экрана, шум вентилятора).

Модель можно расширить, добавив в нее экономические параметры, связанные с финансовыми расходами на входе (исходная цена, оплата электроэнергии, оплата за пользование Интернетом) и возможными доходами на выходе, если компьютер является рабочим инструментом, в результате использования которого человек зарабатывает деньги.

2. Модель состава системы

При рассмотрении любой системы, прежде всего, обнаруживается, что ее целостность и обособленность выступают как внешние свойства. Вместе с тем внутренняя структура системы также является многообразной, неоднородной и состоит из множества функциональных элементов. Декомпозиция внутренней структуры “черного ящика” на более мелкие составляющие (подсистемы, отдельные элементы) позволяет строить модели состава систем.

Модель состава системы отображает, из каких частей (подсистем и элементов) состоит система. Главная трудность в построении модели состава заключается в том, что разделение целостной системы на части является относительным, условным, зависящим от целей моделирования (это относится не только к границам между частями системы, но и к границам самой системы). Кроме того, относительным является и выбор уровня дробления, определение самой малой части - элемента. Для удобства обычно применяют иерархические модели состава системы, состоящие из нескольких уровней детализации.

Построение модели состава выполняется поэтапно на разных уровнях детализации системы. Сначала выделяются наиболее крупные подсистемы, потом их функциональные составляющие - элементы подсистем и т.д. Разбиение системы на части при определении состава соответствует принимаемой точке зрения и цели использования модели.

Например, если в качестве системы рассматривать производственное подразделение, то в качестве подсистемы выступают производственные участки, а в качестве отдельных элементов - оборудование, сырье, рабочие. Система телевидения состоит из следующих подсистем: аппаратура передачи, каналы связи, аппаратура приема.

Построение модели состава в силу многообразия природы и форм элементов - сложный процесс, что объясняется тремя факторами:

1) неоднозначностью понятия “элементарного элемента”;

2) многоцелевым характером объекта, объективно требующим выделения под каждую цель соответствующего ей состава;

3) условностью (субъективностью) процедуры деления целого на части (системы на подсистемы, элементы).

Последовательная декомпозиция системы на подсистемы приводит к формированию иерархической древовидной структуры. Многоуровневые иерархии различных систем, имея одинаковую древесную форму, могут существенно отличаться по содержанию. В таблице 2.1 приведены примеры декомпозиционных моделей для 4-х систем: «семья, как материальная система», «система целей семьи», «семья, как понятие», «система принятия семейных решений». Отношения между подсистемами дерева для первой из перечисленных систем имеют смысл «целое-часть», для второй - «цель-средство», для третьей - «общее-частное», для четвертой - «координация-решение».

Применительно к организационным системам иерархическая модель состава используется, например, при формировании организационной структуры, а также для выявления комплекса проблем, целей и задач управления.

3. Модель структуры системы

система модель черный ящик

Модель структуры предназначена для отображения взаимосвязей (отношений) между элементами рассматриваемой системы. Модель структуры можно рассматривать как дополнение модели состава, которая воспроизводит элементы системы. Однако, как правило, перечень одних только отношений между элементами без самих этих элементов не делается. Поэтому модель структуры является наиболее полной моделью, характеризующей как состав основных элементов, так и взаимосвязи между ними. При построении модели структуры выделяются интересующие виды отношений, исходя из которых выбираются элементы, участвующие в этих отношениях. Распространенными отношениями являются следующие:

- отношение «часть-целое». Обозначим отношение часть целое, как r. Пусть отдел А входит в состав фирмы S. Тогда между А и S имеется отношение r, что математически можно записать так: ArS или r( A, S). Подобные отношения служат основой для разработки иерархических структурных схем предприятий (организационной структуры);

- отношение «вид-род». Например, конкретная фирма ООО «Мебель» может быть видом (частным случаем) рода фирм «Производители мебели», т.е. ООО «Мебель» и «Производители мебели» связаны отношением «вид-род»;

- отношение «управлять работой». Такого типа отношения складываются, например, между службой управления и производственным отделом предприятия;

- отношение «обеспечивать работу». Подобное отношение складывается, например, между складом или службой поставок и производственным участком;

- отношение «роль-исполнитель». Такое отношение наблюдается между отдельным этапом (функцией) процесса и тем работником, кто его исполняет;

- отношения «причина-следствие» и хронологического порядка - показывают взаимосвязи между элементами процессов.

Последние три вида отношений наиболее применимы в моделях бизнес-процессов предприятий и используются в диаграммах процессов.

Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи. Наряду с термином "связь" нередко употребляют термин "отношение".

Наглядным способом описания структурной модели системы являются графы. На рисунке в виде ориентированного графа приведена структурная модель компьютера.

Здесь стрелки обозначают информационные связи между элементами системы. Направление стрелок указывает на направление передачи информации.

Однако если нас интересуют связи по управлению, то получится следующая граф-модель компьютера:

Здесь стрелка обозначает направление управляющего воздействия. Смысл схемы заключается в том, что процессор управляет работой всех остальных устройств компьютера.

Следовательно, структурная модель одной и той же системы может быть разной. Все определяется целями моделирования.

Заключение

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”.

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.

Список используемых источников

1. Анфилатов В.С. и др. Системный анализ в управлении. М., 2002.

2. Дрогобыцкий И.Н. Системный анализ в экономике. М., 2007.

3. Тимченко Т.Н. Системный анализ в управлении. М., 2007.

4. http://rudocs.exdat.com/docs/index-46042.html?page=8.

5. http://www.steps-to-trade.com/nevedimov26.html.

6. http://victor-safronov.narod.ru/systems-analysis/lectures/zhivickaya/05.html.

7. http://systematy.ru/articles/36_model_tipa_chernyiy_yaschik_modeli_sostava_i_strukturyi.

Размещено на Allbest.ru