Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Логика системного анализа
• 2. Особенности построения модели "черного ящика"
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Система - это совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Важность построения логики и методологии системного анализа представляется исключительной, так как в определенном смысле здесь лежит путь ко всем дальнейшим успехам системной науки и техники. Отсутствие специально построенной методологии системного анализа приводит к тому, что исследователи, решая новые по своему типу задачи, вынуждены пользоваться старыми, для иных задач, построенными логическими средствами. Это не только приводит к аморфности, бесформенности в понимании существа и специфики системного метода, но и непосредственно отражается на эффективности исследований современных технических систем. Объясняется это тем, что современный уровень развития техники, нашедший свое наиболее яркое выражение в сложных технических системах, и все возрастающая специализация отдельных областей техники требуют сосредоточения основного внимания на проблемах, связанных со всей системой в целом. А это приводит к фундаментальной переориентации научного мышления, его основных категорий.
• 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.
• Цель данной работы - изучить специфику модели "черный ящик".

1. Логика системного анализа

Понятие "системный" используется потому, что исследование такого рода в своей основе строится на использовании категории системы.

С одной стороны, системой называется та физическая реальность, по отношению к которой необходимо принять решения (любые естественные и искусственные объекты). С другой стороны, в процессе системного анализа создается абстрактная и концептуальная система, описываемая с помощью символов или других средств, которая представляет собой определенное структурно-логическое устройство, цель которого -- служить инструментом для понимания, описания и возможно более полной оптимизации поведения связей и отношений элементов реальной физической системы. Такого рода абстрактной системой может быть математическая, машинная или словесная модель или система моделей и т.д. В физической и соответствующей ей абстрактной системах должно быть установлено взаимооднозначное соотношение между элементами и их связями. В этом случае оказывается возможным, не прибегая к экспериментам на реальных физических системах, оценить различного рода рабочие гипотезы относительно целесообразности тех или иных действий, пользуясь соответствующей абстрактной системой, и выработать наиболее предпочтительное решение.

Термин "анализ" используется для характеристики самой процедуры проведения исследования, которая состоит в том, чтобы разбить проблему в целом на ее составляющие части, более доступные для решения, использовать наиболее подходящие специальные методы для решения отдельных подпроблем и, наконец, объединить частные решения так, чтобы было построено общее решение проблемы. Очевидно, что наиболее эффективно анализ может быть произведен лишь на основе системного подхода, который предусматривает не только органическое сочетание аналитического расчленения проблем на части и исследования связей и отношений между этими частями, но также делает особое ударение на рассмотрение целей и задач, общих для всех частей, и в соответствии с этим осуществляется синтез общего решения из частных решений. По сути дела, в системном анализе методы анализа и синтеза взаимно переплетаются, при осуществлении аналитической процедуры постоянно обращается внимание на способы объединения отдельных результатов в единое целое и влияние каждого из элементов на другие элементы системы.

Сегодня "системный анализ" в целом толкуется столь широко и неопределенно, что практически не может быть реализован в конкретных исследованиях. И видимо, не случайно, что сегодня еще нет возможности подобрать сквозной пример достаточно крупного завершенного системного исследования. Попытаемся разобраться в этом понятии.

Касаясь различных точек зрения на термин "системный анализ", специалисты выделяют два различных подхода. Сторонники первого из них делают ударение на математику, т.е. на описание сложной системы с помощью формальных средств (блочных диаграмм, сетей, математических уравнений). На основе такого рода формального описания часто ставится математическая задача на отыскание оптимального проекта системы или наилучшего режима ее функционирования, т. е. нахождения максимума (или минимума) целевой функции системы (например, максимума прибыли, максимума числа выведенных из строя военных объектов, минимума времени выполнения операций, максимума надежности и т.п.) при заданных ограничениях на значения управляемых переменных.

Следует особо подчеркнуть, что составление блок-схем, характеризующих взаимосвязь и последовательность выполняемых операций, -- это стадия, предшествующая любым расчетам на ЭВМ. Поэтому во многих случаях системным анализом стали называть любую работу такого рода, выполняемую специалистами, непосредственно занятыми обслуживанием ЭВМ.

Другой подход во главу угла ставит логику системного анализа. В этом случае подчеркивается неразрывная связь системного анализа с принятием решения, и означающим выбор определенного образа или курса действий среди нескольких возможных альтернатив. Здесь системный анализ рассматривается прежде всего как методология уяснения и упорядочивания или так называемой структуризации проблемы, которую предстоит решить с применением или без применения математики и ЭВМ. При этом в понятие "структуризации" вкладывается как пояснение реальных целей самой системы, альтернативных путей достижения этих целей и взаимосвязей между компонентами в процессе реализации каждой альтернативы, так и достижение углубленного понимания внешних условий, в которых возникла проблема, а отсюда ограничений и последствий того или иного курса действий. Логический системный анализ в той или иной степени дополняется математическими, статистическими и логическими методами, однако как сфера его применения, так и методология значительно отличаются от предмета и методологии формально-математических системных исследований.

Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов. Спустя некоторое время ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем со множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки техники как единого целого. Об этом говорят многие ведущие специалисты-системщики. Поэтому стала вырабатываться концепция такого системного анализа, в котором делается упор преимущественно на разработку новых по своему существу диалектических принципов научного мышления, логического анализа сложных объектов с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций. При таком подходе на первый план выдвигаются уже не математические методы, а сама логика системного анализа, упорядочение процедуры принятия решений. И видимо, не случайно, что в последнее время под системным походом зачастую понимается некоторая совокупность системных принципов.

Такому подходу, которого прежде всего будем придерживаться и мы, соответствует следующее наше определение.

Системный анализ -- это взаимосвязанное логико-математическое и комплексное рассмотрение всех вопросов, относящихся не только к замыслу, разработке, производству, эксплуатации и последующей ликвидации современных ТС, но и к методам руководства всеми этими этапами с учетом социальных, политических, стратегических, психологических, правовых, географических, демографических, военных и других аспектов.

Подчеркнем, что сущность системного анализа заключается не в математических методах и процедурах: его рекомендации далеко не обязательно вытекают из вычислений. Самым существенным является то, что систематически на всех этапах жизненного цикла любой ТС осуществляется сопоставление альтернатив, по возможности в количественной форме, на основе логической последовательности шагов, которые могут быть воспроизведены и проверены другими. Системный анализ позволяет неизмеримо глубже и лучше осмыслить сущность ТС, их структуру, организацию, задачи, закономерности развития, оптимальные пути и методы управления. Системный анализ обостряет интуицию руководителя и этим расширяет основу для его суждений, помогая таким образом выработать лучшее решение.

Чем же отличается системный анализ от других методов? Основные отличия его от других более или менее формализованных подходов при обосновании управленческих решений сводятся к следующему:

- рассматриваются все теоретические возможные альтернативные методы и средства достижения целей по жизненному циклу ТС (исследовательские, конструктивные, технологические, эксплуатационные и пр.), правильная комбинация и сочетание этих различных методов и средств;

- альтернативы ТС оцениваются обязательно с позиции длительной перспективы (особенно для систем, имеющих стратегическое назначение);

- отсутствуют стандартные решения;

- четко излагаются различные взгляды при решении одной и той же проблемы;

- применяются к проблемам, для которых не полностью определены требования стоимости или времени;

- признается принципиальное значение организационных и субъективных факторов в процессе принятии решений, и в соответствии с этим разрабатываются процедуры широкого использования качественных суждений в анализе и согласовании различных точек зрения;

- особое внимание уделяется факторам риска и неопределенности, их учету и оценке при выборе наиболее оптимальных решений среди возможных вариантов.

Повышенное внимание системотехников к факторам риска и неопределенности непосредственно вытекает из распространения системного анализа на перспективные проблемы. Если риск понимается как потенциальная изменчивость объективных характеристик анализируемых ТС, то неопределенность выражает отсутствие субъективных знаний о том, в какой форме проявятся эти явления.

Тенденция к системному анализу крупных проблем появляется только тогда, когда их масштаб возрастает до такой степени, что решения становятся сложными, трудоемкими и дорогостоящими. При обосновании таких решений, которые становятся предметом системного анализа, все большее значение приобретают факторы, рассчитанные вперед на 10--15-летний период. К факторам такого рода относятся прежде всего огромный рост капиталовложений на осуществление крупных программ, охватывающих длительный период, и все большая зависимость этих программ от результатов научных исследований и технических разработок. Другой важной причиной необходимости учета длительной перспективы является стратегический характер самих целей, которые ставятся перед системным анализом и которые предопределяют политику правительства (или организации) на длительный период. Важно отметить, что чем более общие и важные проблемы возникают перед руководителями различных уровней, тем больше возрастает значение системного анализа для их решения.

2. Особенности построения модели "черного ящика"

Центральной концепцией теории систем, кибернетики, системного подхода, всей системологии является понятие "системы". Поэтому очень многие авторы анализировали это понятие, развивали определение системы до различной степени формализации.

Начнем с рассмотрения искусственных, т.е. создаваемых человеком систем. Как уже отмечалось, любая деятельность человека носит целенаправленный характер. Наиболее четко это прослеживается на примере трудовой деятельности. 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 цели, т.е. как работа по созданию системы. Другими словами: система есть средство достижения цели. Приведем несколько упрощенных примеров систем, предназначенных для реализации определенных целей.

логика системный черный ящик

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.

В инженерной практике момент формулирования цели -- один из важнейших этапов создания систем. Обычно цели уточняются итеративно, с многократными изменениями и дополнениями.

Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем:

1. модель черного ящика;

2. модель состава;

3. структурная модель.

Первым наиболее простым и абстрактным уровнем описания системы является модель "черного ящика". В этом случае предполагается, что выделенная система связана со средой через совокупность входов и выходов. Выходы модели описывают результаты деятельности системы, а входы - ресурсы и ограничения. При этом предполагается, что мы ничего не знаем и не хотим знать о внутреннем содержании системы. Модель в этом случае отражает два важных и существенных ее свойства: целостность и обособленность от среды. 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.

Рис.1 -- Модель "черного ящика"

Иначе говоря, 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 системы (в первом определении). Кроме того, система является средством, поэтому должны существовать и воздействия на нее, т.е. такие связи со средой, которые направлены извне в систему, которые называются входами системы. В результате мы построили модель системы, которая получила название "черного ящика" (см. рис.1). 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.

Такая модель, несмотря на ее внешнюю простоту и отсутствие сведений о внутренней структуре, оказывается часто полезной и достаточной для практического использования. Например, для анализа работоспособности телевизора необходимо проверить входы (шнур электропитания, антенну, ручки управления и настройки) и выходы (экран кинескопа и выходные динамики). Системное описание какого-либо производственного процесса необходимо начинать с анализа его информационных и материальных входов и выходов - планируемых и результирующих показателей деятельности, качества ресурсов и конечных продуктов и т.д.

Следует отметить, что существует множество систем, внутреннее устройство которых невозможно либо нецелесообразно описывать, и в этом случае модель "черного ящика" является единственным вариантом их исследования. Например, мы не знаем, как устроен организм человека, в то же время необходимо знать влияние, оказываемое на него лекарственными препаратами и т.д. Формализация модели "черного ящика" основывается на задании двух множеств входных и выходных переменных, и никакие другие отношения между множествами не фиксируются. Недопустимо полагать, что построение модели "черного ящика" является тривиальной задачей, т.к. ответ на вопрос о содержании множеств не всегда однозначен. Построение модели основывается на выборе из бесконечного множества связей системы со средой их конечного множества, адекватно отражающего цели исследования. Очевидно, что такие модели не надо сводить к моносистеме (т.е. системе с одним входом и выходом), а для обоснования необходимого и достаточного количества параметров множеств входов и выходов широко использовать методы математической статистики, привлекать опытных экспертов.

Модель "черного ящика" рассмотрим на примере хозяйствующей организации (предприятия). На рис. 2 приведена структура окружающей среды производственного предприятия, а также основные связи предприятия с окружающей средой.

Рис. 2. - Отношения предприятия с окружающей средой

Дадим некоторые пояснения. Для производственной деятельности необходимо привлечение капитала, будь то в форме акций или заемного капитала (1). Ликвидные средства позволяют предприятию задействовать производственные факторы (2), т.е. сырье, материалы, оборудование, которые в процессе производства преобразуются в готовые изделия. Сбыт продукции (3) предприятиям или личным хозяйствам дает предприятию поступления (4), которые необходимы для погашения задолженности на рынке закупок, оплаты труда и т.д. (5). Проценты на заемный капитал и образующиеся излишки выплачиваются инвесторам (6), кроме того, государству выплачиваются налоги и сборы (7). С другой стороны, государство может предоставлять предприятию дотации (8). Если описать компьютер как "черный ящик", учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:

Рис.3. - Модель "Черного ящика"

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.

Такая модель особенно полезна при представлении систем на макроуровне, когда важным является провести анализ внешних связей системы с другими системами (например, связи предприятия с поставщиками и потребителями продукции). В контексте назначения системы модель "черный ящик" позволяет определить необходимые входные ресурсы и ожидаемые результаты работы предприятия и особенно важна при последовательном структурном анализе системы (как существующей, так и проектируемой). При составлении модели типа "черный ящик" важно учесть все входы и выходы системы, имеющие необходимое значение с точки зрения назначения системы. Средством построения модели "черный ящик" могут служить текстовые описания (например, в виде таблиц с графами "вход", "выход"); обобщенные блок схемы, в которых вся система отображается единым блоком; в терминах теории множеств, перечисляя элементы входного множества Х и выходного множества Y.

Заключение

Подведем некоторые итоги по сути системного анализа и модели "черный ящик".

1. Системный анализ связан с принятием оптимального решения из многих возможных альтернатив.

2. Системный анализ рассматривается как методология углубленного уяснения (понимания) и упорядочения (структуризации) проблемы.

3. В системном анализе упор направлен на разработку новых принципов научного мышления, учитывающих взаимосвязь целого и противоречивые тенденции. Более конкретно -- систематически на всех этапах жизненного цикла любой ТС осуществляется сопоставление альтернатив, по возможности в количественной форме, на основе логической последовательности шагов.

4. Применяется в первую очередь для решения стратегических проблем. Итак, системный анализ -- это совокупность методов и средств выработки, принятия и обоснования решений (при исследовании, создании и управлении ТС, в частности).

5. Название черный ящик образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании системы. В этой модели задаются только входные и выходные связи системы со средой. Простота данной модели - перечисление лишь входов и выходов системы обманчива. Как только это потребуется для конкретной реальной системы, мы сталкиваемся с трудностями.

6. Модель "черного ящика" отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой.

Список литературы

1. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для студентов вузов. - СПб.: СПбГТУ, 2007. - 510с.

2. Волкова В.Н., Домченко Ю.Н., Дуболазов В.А., Козловская Э.А. Применение системного анализа при проектировании АСУ: Учебное пособие. - СПб.: СППИ, 2008. - 88с.

3. Волкова В.Н. Структуризация и анализ целей в системах организационного управления: Учебное пособие. - СПб.: СПбГТУ, 2009. - 72с.

4. Дрогобыцкий И.Н. Системный анализ в экономике. - М.: Финансы и статистика, 2007. - 508 с.

5. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений: Учебник. - М.: Логос, 2010. - 296с.

6. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2009. - 367с.

7. Системный анализ в экономике и организации производства: Учебник для студентов вузов /Под ред. С.А. Валуева, В.Н. Волковой. - Л.: Политехника, 2010. - 398с.

8. Волкова В.Н., Чабровский В.А. Цель: прогнозирование, анализ, структуризация. - СПб.: ИПО, 2008 - 114 с.

9. Марка Д., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. - М:. Метатехнология, 2009. - 240 с.

10. Панченко В.М. Теория систем: методологические основы. - М.: МИРЭА, 2009. - 386с.

11. Портер У. Современные основания общей теории систем. - М.: Наука, 2008. - 420с.

12. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. - М.: Мысль.

Размещено на Allbest.ru