1.2. Модель «черного ящика»

Сказанное выше о системах и их свойствах относится к дескриптивному подходу. Конструктивный подход, как уже отмечалось, помогает исследователю построить систему путем выделения ее из среды и основан на рассмотрении структуры системы, определяемой ее функцией. Для более определенной и точной характеристики системы необходимо иметь ее модель, преобразуя имеющиеся сведения так, чтобы вычленить существенные ее стороны, такие как взаимосвязи, соподчиненность и т.д. [7,17,26,44,55,64,69,71]

Большую роль сыграло представление системы как «черного ящика» с определенными функциями на входе и выходе. То есть система рассматривалась как преобразователь входных дан­ных в выходные («черный ящик»). Например, системой можно назвать процесс решения любой задачи. При этом входами будут являться исходные данные, выходами – результаты, а целью – правильное решение. Такой подход к системе подчеркивает ее целенаправлен­ность и ведет свое происхождение от исследования операций – на­учной дисциплины, занимающейся разработкой количественных мето­дов обоснования решений. Основное понятие здесь операция; дейс­твие, которое подвергается исследованию (проектирование, конс­труирование, управление, экономическая и военная деятельность и т.д.). Операции соответствуют некоторой системе.

Эта максимально простая модель подчеркивает два системных свойства: целостность и обособленность от среды.

Одновременно «черный ящик» не абсолютно обособлен от среды, он имеет входы и выходы. Выходы системы ящика соответствуют цели системы. Система связана со средой и воздействует на среду посредством входов и выходов, которые четко разграничены и функционально прописаны, определены их возможные параметры и характеристики.

Особенно выделены связи системы со средой, задающие управление системой, которые определяют возможности изменения ее рабочих параметров для достижения цели. Существенно, что в данном случае определяется степень автономности системы. Возможны системы с высокой степенью автономности. Но важно подчеркнуть наличие параметра степени автономности и возможность управления им.

Модель «черного ящика» оказалась очень полезной для разработки ряда систем, прежде всего технических. Она не так проста, как может показаться. Для развития системного подхода было очень важным подчеркнуть безразличие к содержимому ящика, а выделять только функциональные связи со средой и преобразования входных сигналов в ящике. Определение системы в виде «черного ящика» допускает множественность вложения, но требует учета всех взаимосвязей.

Сигналы на входе и выходе системы являются функциями времени, т.е. отображениями множества моментов времени T на множество входных X и множество выходных сигналов Y. Математическая модель системы определяется оператором S, отображающим множество входных сигналов на множество выходных сигналов:

  или . (1.1)

Последнее соотношение можно представить с учетом физической реализуемости системы в виде семейства функционалов F_t:

  . (1.2)

Обозначение F_t указывает на возможную зависимость вида функционала или его параметров от времени.

Оператор S, или семейство функционалов F_t, характеризует так называемую модель «вход-выход» системы (Рис.1.1).

Описание системы через входы и выходы иногда называют внешним (глобальным), поскольку оно дает понимание связей системы с окружающей средой. Теорию систем, использующую модель «вход-выход», иногда называют макротеорией систем.

Вешняя среда

Система

u(t) n(t)

Элемент

F_t

x(t) y(t)

Рис.1.1. Представление элемента в виде «черного ящика».

Недостатком модели «черного ящика» (модель типа «вход-выход») являлась техническая направленность системного понимания моделируемого объекта, недостаточное внимание к структуре системы, недооценка синергетических явлений.