4.2. Метод «чорної скрині»

Емпірико-статистичні моделі використовують широко відому кі­бернетичну ідею «чорної скрині», що не дозволяє зробити висновків про структуру системи, причинно-наслідкові зв'язки та механізми її функціонування. Наявна апріорна інформація відносно цих аспек­тів практично не використовується.

У визначенні поняття «системи» відсутня конкретна інформація про її внутрішню будову. Тому систему можна зобразити у вигляді чорної непрозорої скрині, що виділена з середовища. Вже ця, мак­симально спрощена модель, відображає дві важливі властивості системи, а саме цілісність та відокремленість від середовища. З іншо­го боку, хоча «чорна скриня» й відокремлена, виділена з середови­ща, тим не менше вона не є ізольованою від нього.

Дійсно, насправді досягнута мета — це не що інше, як заплано­вані раніше зміни в зовнішньому середовищі, деякі продукти функ­ціонування системи, що призначені для споживання за її межами.

Отже, система пов'язана з середовищем та за допомогою цих зв'яз­ків виявляє певні дії на зовнішнє середовище. В моделі «чорної скрині» цьому відповідають дуги, що скеровані від системи до зов­нішнього середовища — виходи системи (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Модель «чорної скрині»

Через виходи система, діючи на зовнішнє середовище, реалізує своє призначення, мету. Окрім того, в визначенні системи є й вказівка на наявність зв'язків іншого типу — система є засобом, а тому повинні існувати й можливості її використання, дії на неї, тобто зв'язки, що скеровані від середовища до системи — входи системи.

Назва «чорна скриня» образно підкреслює повну відсутність ін­формації про внутрішню будову «скрині»: в цій моделі задані, фік­суються та перераховуються лише вхідні та вихідні зв'язки з середо­вищем. У багатьох випадках, незважаючи на зовнішню простоту та відсутність даних про внутрішню будову системи, така модель вияв­ляється корисною.

В багатьох випадках достатнім є змістовне описання входів та ви­ходів — в цьому випадку «чорна скриня» — це список входів та ви­ходів. Наприклад, комп'ютер у такому представленні виглядатиме наступним чином: входи — кабель електроживлення, клавіатура, мишка, дисковід, кабель до модему (у випадку наявності Internet), зчитувач компакт-дисків; виходи — монітор, дисковід, кабель до модему (у випадку наявності Internet), акустичні колонки.

При детальнішому підході може виявитися необхідність кількіс­ного описання деяких (чи всіх) характеристик входів та виходів. Формалізуючи модель «чорної скрині» в результаті ми отримуємо дві множини вхідних та вихідних змінних, між якими не зафіксова­но ніяких відношень (в іншому випадку це вже буде «напівпрозора» чи «прозора» скриня).

Побудова моделі у вигляді «чорної скрині» насправді не є такою простою, як видається. Здається, що все просто — потрібно лише перерахувати входи та виходи системи — і модель побудована. Але якщо лише це потрібно буде зробити для конкретної системи, вияв­ляються неочікувані труднощі.

Так, при розгляді комп'ютера виходами є також, як не дивно — вентиляційна система — з одного боку з точки зору шумових харак­теристик (рівень шуму завжди бажано підтримувати на мінімально­му рівні), та теплових — за певних умов зовнішнього середовища при підвищеній чи пониженій температурі можливі збійні ситуації або й взагалі відмова працювати. Можуть бути потрібними й конк­ретні характеристики окремих виходів (частота кадрової розгортки в монітора при роботі з офісними та графічними застосуваннями з рі­зною роздільчою здатністю) чи пропускна спроможність каналу зв'язку у випадку наявності Internet. При купівлі принтера, сканера, цифрової фотокамери у комп'ютера з'являються додаткові входи та виходи — і користувачеві до певного моменту їх наявність чи відсу­тність несуттєва, але як тільки з'являється потреба — наявність чи відсутність, скажімо входу USB для роботи з сучасними периферій­ними пристроями може виявитися дуже важливою.

Отже, при формулюванні додаткових аспектів (надійність, зручність користання, ергономічні та технічні характеристики, умо­ви експлуатації, відповідність моді, наявність розширень з метою використання в майбутньому певних периферійних засобів) модель «чорної скрині» суттєво модифікується, і відразу й назавжди вирі­шити, які входи та виходи наявні в системі — виявляється непрос­тим завданням.

Побудова моделі «чорної скрині» не є тривіальним завданням, то­му що відповідь на запитання, які з входів та виходів потрібно включати до складу моделі, не завжди є простою та однозначною. Головною причиною множинності входів та виходів в моделі «чор­ної скрині» є те, що будь-яка реальна система, як і інший об'єкт, взаємодіє з об'єктами зовнішнього середовища безмежним числом способів. У процесі побудови моделі системи з нескінченної множи­ни зв'язків дослідник відбирає скінчене число для включення спи­сок входів та виходів. Критерієм відбору при цьому є цільове при­значення моделі, суттєвість того чи іншого зв'язку відносно цієї мети. Те, що є суттєвим — включається, що ні — не включається до списку. Саме тут можливе виникнення помилок, тому що від того, що ми виключаємо з розгляду певні зв'язки, вони не зникають, і так чи інакше діють незалежно від нас. У багатьох випадках виявляється, що ті зв'язки, які спочатку здавалися нам несуттєвими, насправді є важливими і повинні бути враховані.

Це має особливе значення при визначенні мети системи, яка ося­гається через виходи «чорної скрині» і стосується як описання існу­ючих систем, так і проектів поки що неіснуючих систем. Реальна система взаємодіє з об'єктами оточуючого середовища, тому важли­во якомога раніше, найкраще на стадії побудови моделі, врахувати найсуттєвіше. Внаслідок цього необхідно поряд з генеральною ме­тою сформулювати перелік додаткових цілей, тому що виконання лише генеральної мети є недостатнім.

Отже, моделі у вигляді «чорної скрині» — це моделі типу «вхід— вихід», і їх побудова зводиться до обґрунтування застосовності де­яких теоретичних гіпотез про припустимі форми взаємозв'язку між входами та виходами системи і відповідності модельних результатів виміряним значенням входів та виходів реальної системи. По су­ті здійснюється перехід до певної «напівпрозорої» скрині як мо­делі первісної «чорної скрині». Статистичні моделі будуються на основі експериментальних даних шляхом пасивного або активно­го експерименту.