Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
127 |
систем, становится общепринятым, и поэтому иногда говорят про системный подход как современную онтологию (онтология — это как раз ответ на вопрос “каков мир? Что в нём есть?”. Ответ системного подхода — мир системен, в нём есть системы).
Развитие системного подхода проходит в рамках так называемого “системного движения”. От другого рода организованностей (например, научных школ, профессиональных сообществ, научных дисциплин и т.д.) “движение” (movement) отличается отсутствием координационного центра при полной автономии входящих в него групп, разнообразием форм организации и деятельности, отсутствием какого-то явного механизма согласования целей и форм обмена опыта. Тем не менее, при полной независимости участников движения друг от друга, свободе и автономии в выборе ими целей и методов работы, все участники движения обнаруживают некоторую общность (в нашем случае — общность использования системного подхода для задач в своих предметных областях, развитие системного мышления на материале своих предметных областей).
Системный подход и кибернетика
Кибернетика (cybernetics) — это придуманный Нобертом Винером в 1948 году междисциплинарный подход к научному изучению управления/контроля в животных и машине ("the scientific study of control and communication in the animal and the machine." — http://en.wikipedia.org/wiki/Cybernetics). Часто кибернетику определяют как науку об управлении в технике и природе. Сам Ноберт Винер в своих поздних работах писал, что погорячился с кибернетикой, особенно в той части, в которой писал про живых существ — и жизнь показала, что в своих поздних работах он был прав, кибернетика сегодня из мейнстрима стала маргинальным подходом, при этом осталась только “техническая кибернетика” (о живой природе уже и речи нет). Тем не менее, кибернетика в 50-70-е годы 20 века оказала огромное влияние на системное движение.
В кибернетическом подходе среда (environment, состоящая из внешних систем) влияет на целевую систему, состоящую из управляемой подсистемы и управляющей подсистемы, обеспечивающей обратную связь (feedback) на управляющие воздействия. Так, с точки зрения кибернетики паровая машина состоит из собственно паровой машины и регулятора Уатта, обеспечивавшего обратную связь. Вот разные варианты кибернетической схемы, в соответствии с которой нужно было рассматривать системы:
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
128 |
Это нехитрое соображение про “обратную связь” оказалось очень продуктивным: во всех системах начали выделять управляемую и управляющую компоненту, рассматривать самые разные виды обратной связи.
На какой-то момент кибернетика и системный подход начали существенно путаться друг с другом, а в нашей стране это сыграло злую шутку: системная инженерия (systems engineering), переведённая как “системотехника” развивалась главным образом в организациях, занимавшихся задачами управления, понимаемых как использование компьютерных управляющих систем— и вместо ракет, подводных лодок, самолётов, автомобилей, медицинской аппаратуры и других традиционных “железных” объектов системотехника свелась к занятиям именно управляющими компьютерными системами с использованием разнообразных математических моделей.
Вместе с тем из кибернетики вышли множество интереснейших школ, например (но не ограничиваясь ими):
●теория автоматического регулирования (рассматривающая, какое нужно выдавать управляющее воздействие по получению обратной связи — линейное, нелинейное, упреждающее и т.д.: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D 1%8F_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0 %B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1 %83%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0% B8%D1%8F. Обратите внимание, что статья в википедии называется не теория автоматического регулирования, а теория автоматического управления. Обратите внимание, как похожа диаграмма типовой схемы системы автоматического управления на типовые схемы кибернетической системы. Посмотрите также на учебную программу курса теории автоматического регулирования, обратите внимание на годы издания литературы: http://www.inp.nsk.su/students/radio/courses/teor_auto/index.shtml. Сравните с http://en.wikipedia.org/wiki/Control_theory, обратите внимание на использование терминов feedback systems, feedback control, control loops).
●Системная динамика (system dynamics) как более-менее “всеохватное моделирование”. В системной динамике можно представлять какие-то объекты и моделировать их воздействия друг на друга, включая обратные связи. Это очень простой подход: объекты моделируются “резервуарами”, а прямые и обратные связи между ними — трубопроводами. Для системной динамики есть очень удобные и мощные компьютерные программы, позволяющие автоматически строить и решать системы уравнений для таких
моделей (http://en.wikipedia.org/wiki/System_dynamics). В настоящее время системная динамика постепенно вытесняется другими методами
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
129 |
моделирования (например, акаузальным объект-ориентированным языком
Modelica — http://modelica.org).
Нужно понимать, что системный подход и кибернетика — ближайшие родственники, но они не сводимы друг ко другу, понятия “обратной связи” и управления (как в варианте control, так и в варианте governance) центральные в кибернетике, но отнюдь не центральные в системном подходе как таковом.
В современной системной инженерии слово “кибер” (cyber) указывает на наличие в системе компьютера, но не означает использования кибернетики. Так, “киберфизическая система” означает, что в составе системы есть компьютер (или множество компьютеров) — но этот компьютер вовсе не обязательно работает, обеспечивая “обратные связи”. Функции компьютера в современных системах многообразны и не сводятся к отработке обратных связей. Так, компьютер может проводить диагностику неполадок в системе, или обеспечивать удобство управления системой для человека-оператора, или записывать информацию по тем режимам, в которых работала система (”чёрный ящик”): этим всем занимается программная инженерия и системная инженерия, а не кибернетика.
Сложность и меры сложности
Понятие сложности интенсивно разрабатывалось в рамках системного подхода, но окончательного согласия по этому поводу нет. Так, Seth Lloyd собрал различные определения для мер сложности
(http://web.mit.edu/esd.83/www/notebook/Complexity.PDF). Все эти определения обычно относятся к попыткам ответа на три вопроса:
1. Как трудно описать систему? Обычно это измеряется в битах, затрачиваемых на представление описания. Мерами сложности тут будут информация, энтропия, алгоритмическая сложность или алгоритмическое содержание информации, максимальная длина описания, информация Фишера (Fisher), энтропия Рени (Rényi), длина кода (беспрефиксного, Хаффмана, Шэннона-Фано, корректирующего ошибки, Хамминга), информация Чернова, размерность, фрактальная размерность, сложность Lempel-Ziv.
2.Как трудно создать систему? Сложность как трудность создания измеряется во времени, энергии, долларах и т.д. Меры сложности тут вычислительная сложность, временнАя вычислительная сложность, пространственная вычислительная сложность, основанная на информации сложность, логическая глубина (depth), термодинамическая глубина, цена, шифрованность (crypticity).
3.Какая степень организованности? Тут может быть два варианта:
а) “результирующая сложность” (effective complexity), трудность описания организационной структуры, неважно корпоративной, химической, клеточной.
Приведём их по-английски: Metric Entropy; Fractal Dimension; Excess Entropy; Stochastic Complexity; Sophistication; Effective Measure Complexity; True Measure Complexity; Topological epsilon-machine size; Conditional Information; Conditional Algorithmic Information Content; Schema length; Ideal Complexity; Hierarchical Complexity; Tree subgraph diversity; Homogeneous Complexity; Grammatical Complexity.
б) количество информации, которой нужно обмениваться между частями системы из-за такой организационной структуры: Algorithmic Mutual Information; Channel Capacity; Correlation; Stored Information; Organization.