 |
Строение и устройство систем
|
|
|
|
Модель «черного ящика»
Для определенной и точной характеристики конструкции системы следует развивать ее модель. Любую систему в самом общем случае можно представить в виде «непрозрачного» ящика, выделенного из окружающей среды. Такая модель отражает два важных свойства системы:
· целостность,
· обособленность от среды.
Хотя этот ящик обособлен, но не является полностью изолированным. Система связана со средой и с помощью этих связей воздействует на среду (рис. 9). Эти связи можно изобразить в виде стрелок, направленных от системы в среду.
Рис. 10. Модель «черного ящика»
В результате построили модель системы, которая получила название черного ящика. Это название образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании ящика: в такой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой (даже «стенки ящика», т.е. границы между системой и средой в этой модели не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими).
Пример. Составим модель черного ящика для системы «наручные часы». Учитывая, что выходы соответствуют конкретизации цели, в качестве выхода зафиксируем: показания времени в произвольный момент.
Сформулированная таким образом цель относится ко всем часам, а не только к наручным.
Чтобы различить часы внесем еще один выход: удобство ношения часов на запястье. Необходим браслет или ремешок, следовательно еще один выход: удовлетворение требований санитарии и гигиены. Представив себе условия эксплуатации часов можно добавить: достаточную в бытовых условиях прочность; пылеводонепроницаемость. Расширив понятие «условия эксплуатации», добавим: достаточную для бытовых нужд точность; легкость прочтения показаний часов при беглом взгляде на циферблат. Можно добавить: соответствие моде и понятию красоты; соответствие цены часов покупательной способности потребителя, и т.д. А ведь в явной форме не говорилось о габаритах, весе, многих других аспектах использования часов (физических, химических, экономических, социальных, и т. д.). Главной причиной множественности входов и выходов в модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов. Строя модель системы, из этого бесконечного множества связей отбираем конечное их число для включения в список входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели, существенность той или иной связи по отношению к этой цели (то, что важно, существенно – включается в модель, что не важно – не включается). Именно здесь возможны ошибки! Проявляется субъективный подход, хотя остальные (исключенные из рассмотрения) связи существуют объективно, независимо от нас. Нередко оказывается, что казавшееся несущественным или независимым для нас на самом деле является важным и должно быть учтено. Особое значение этот момент имеет при задании цели системы (т.е. при определении её выходов). Это относится и к описанию существующей системы по результатам её обследования, и к проекту пока еще не существующей системы. Модель «черного ящика» часто оказывается не только полезной, но в ряде случаев единственно применимой при изучении систем (например, влияние лекарств на живой организм, электрон).
|
|
|
Модель состава системы
При рассмотрении любой системы обнаруживается, что её целостность и обособленность (отображенные в модели «черного ящика») выступают как внешние свойства. Внутренность «ящика» оказывается неоднородной, что позволяет различать составные части самой системы. Те части системы, которые рассматриваются как неделимые, будем называть элементами. Части системы, состоящие более чем из одного элемента, назовем подсистемами. При необходимости можно ввести обозначения или термины, указывающие на иерархию частей. В результате получается модель состава системы, описывающая из каких подсистем и элементов она состоит (рис. 10).
|
|
|
Сложности построения модели состава
Построение модели состава системы только на первый взгляд кажется простым делом. Существуют три важных причины этого факта:
I. Понятие элементарности можно определить по-разному. То, что с одной точки зрения является элементом, с другой – оказывается подсистемой, принадлежащей дальнейшему разделению.
II. Как и любые модели, модель состава системы является целевой, и для различных целей один и тот же объект потребуется разбить на разные части.
III.Модели состава различаются потому, что всякое разделение целого на части, всякое деление системы на подсистемы является относительным, в определенной степени условным (то есть границы между подсистемами условны). Это относится и к границам между самой системой и окружающей средой.
Рис. 10. Модель состава системы
В качестве примера рассмотрим систему «часы». Какую бы природу они не имели, в них можно выделить две подсистемы (табл. 3).
Модель состава часов можно считать полностью исчерпанной (если дальше не разбивать на подсистемы). Однако, т.к. каждые часы показывают состояние своего датчика, рано или поздно их показания разойдутся между собой. Выход из этого положения – синхронизация всех часов с неким общим для всех эталоном времени (например, с помощью сигналов точного времени). Возникает вопрос: включать ли эталон времени в состав часов как системы или рассматривать часы как подсистему в общей системе указания времени? Модель состава ограничивается снизу тем, что считается элементом, а сверху границей системы. Как эта граница, так и границы разбиения на подсистемы определяются целями построения модели и, следовательно, не имеют абсолютного характера. Это не означает, что сама система или её состав нереальны. Рассматриваем не разные системы, а разные модели системы.
|
|
|
Модель структуры системы
Для достижения практических целей достаточно модели "черного ящика" или модели состава. Однако очевидно, что есть вопросы, решить которые с помощью этих моделей нельзя. Необходимо установить между элементами определенные связи – отношения. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами называется структурой системы. Перечень связей между элементами (т.е. структура системы) являются отвлеченной, абстрактной моделью: установлены только отношения между элементами, но не рассмотрены сами элементы. Хотя на практике безотносительно к элементам говорить о связях можно лишь после того, как отдельно рассмотрены сами элементы (т.е. рассмотрена модель состава), теоретически модель структуры можно изучать отдельно. Между реальными объектами, вовлеченными в систему, имеется бесчисленное количество отношений. Однако, в модель структуры (т.е. в список отношений) включается только конечное число связей, которые, существенны по отношению к рассматриваемой цели.
Пример Рассмотрим систему «часы вообще». Будем считать, что в состав такой системы входят три элемента: датчик, индикатор и эталон времени. Структура часов определяется следующими отношениями между парами элементов (табл. 4).
Структурная схема системы
Объединение моделей «черного ящика», состава и структуры позволяет определить систему как совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Все эти модели вместе образуют еще одну модель, которая называется структурной схемой системы. В структурной схеме указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой (входы и выходы системы).
Пример. Приведем структурную схему системы «синхронизируемые часы» (рис. 11).
Рис. 11. Структурная схема системы «синхронизируемые часы»
Связи в системе: 1 – однозначное соответствие между датчиками и индикатором; 2 – приблизительное соответствие; 3 – сравнение (периодическое) и устранение расхождения; 4 – поступление энергии извне; 5 – регулировка индикатора извне; 6 – показания часов.
|
|
|
Структурой системы называется ее расчленение на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на всё время рассмотрения и дающее представление о системе в целом. Это расчленение может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую и другую основу (табл. 5). Группы элементов в структуре обычно выделяются по принципу простых или относительно более слабых связей между элементами разных групп.
Структуру системы можно изображать несколькими способами.
|
|
|
