Система

Система – это совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Признаками системы являются (1) структурированность, (2) взаимосвязанность составляющих частей, (3) подчиненность организации всей системы определенной цели. Цель функционирования системы также называют главной функцией системы.

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.

Название «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании «ящика». В этой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой (даже «стенки ящика», то есть границы между системой и средой, в этой модели обычно не описываются, а лишь подразумеваются, признаются существующими).

Примеры.

Автомобиль как чёрный ящик. Главная функция – перемещать объект. Вход – скорость неподвижного человека или груза, выход – высокая скорость.

Усилитель звука в концертном зале как чёрный ящик. Главная функция – усиливать звук. Вход – тихий звук голоса человека (через микрофон), выход – громкий звук (через громкоговорители).

$ С точки зрения модели рыночной экономики любая коммерческая фирма или индивидуальный человек являются чёрным ящиком с одним входом и одним выходом. Что является этим входом [26] и выходом?

Существует два наиболее интересных для нашего анализа типа систем – с положительной и с отрицательной обратной связью.

Система с положительной обратной связью – система, внутри которой существует такая обратная связь, которая приводит к тому, что увеличение выхода системы увеличивает вход, что в свою очередь увеличивает выход и так далее. Рано или поздно такая система саморазрушается от перегрузки, либо разрушает все доступные ей источники энергии (если не срабатывает предохранитель).

Положительную обратную связь легко получить, если поднести микрофон к громкоговорителю, когда оба они подключены к одному усилителю. Начнётся самовозбуждение – чем громче звук из громкоговорителя, тем сильнее сигнал на входе микрофона, тем громче звук из громкоговорителя и так далее. Другим примером является цепная реакция на ядерном реакторе, когда освободившиеся нейтроны освобождают ещё больше свободных нейтронов, пока не происходит взрыв.

В системе с положительной обратной связью может существовать и противоположная ситуация, когда возникает уменьшение выхода, которое приводит к уменьшению входа. Например, вымирание населения – чем меньше рождается детей, тем меньше новых родителей, тем меньше детей и так далее. В таких системах идёт самоускоряющееся падение вниз. Падение можно переломить только в том случае, если есть внешние источники, способные повлиять на вход или выход. Системы с положительной обратной связью обычно крайне нестабильны.

Система с отрицательной обратной связью – система, внутри которой существует такая обратная связь, которая приводит к тому, что увеличение выхода системы уменьшает вход.

Обычно отрицательная обратная связь используется для стабилизации какого-либо параметра. Например, автопилот автомобиля автоматически снизит скорость, если будет превышен допустимый предел. Система безопасности реактора автоматически начнёт поглощать свободные нейтроны, если их число увеличится до определённого уровня. Если саранча расплодится и съест всю растительность, то саранча начнёт вымирать из-за отсутствия корма.

$ Как вы думаете, какой тип обратной связи существует в рыночной экономике?

Модель состава системы отображает, из каких частей (подсистем и элементов) состоит система. Главная трудность в построении модели состава заключается в том, что разделение целостной системы на части является относительным, условным, зависящим от целей моделирования (это относится не только к границам между частями системы, но и к границам самой системы). Кроме того, относительным является и выбор уровня дробления, определение самой малой части – элемента. Для удобства обычно применяют иерархические модели состава системы, состоящие из нескольких уровней детализации.

Пример.

Автомобиль на верхнем уровне состоит из корпуса, салона, движущей части. В зависимости от цели анализа к этому уровню также можно отнести пассажиров и груз. На уровне движущей части он состоит из двигателя, колёс, трансмиссии и т.д. На уровне колеса он состоит из ступицы, резиновой камеры, болтов крепления. Необходимость дальнейшего дробления и рассмотрения, например, из чего состоит болт в колесе, зависит от цели анализа автомобиля.

Модель структуры системы отображает связи, взаимодействия, или отношения, между компонентами модели ее состава, то есть совокупность связанных между собой моделей «черного ящика» для каждой из частей системы. Поэтому трудности построения модели структуры те же, что и для построения модели «черного ящика».

В отношении участвуют не менее двух объектов, а свойством мы называем некий атрибут одного объекта. Любое свойство, даже если его понимать как потенциальную способность обладать определенным качеством, выявляется только в процессе взаимодействия объекта (носителя свойства) с другими объектами, то есть в результате установления некоторого отношения. Например, чтобы убедиться в том, что мяч – синий, мало иметь мяч, нужны еще источник белого света и анализатор отраженного от мяча света (при этом не всякий анализатор пригоден; например, глаз дальтоника не может установить цвет мяча [27]).

Свойство – это не атрибут объекта, а лишь определенная абстракция отношения, экономящая мышление. Мы «коротко и ясно» говорим, что стекло прозрачно, вместо того чтобы каждый раз говорить об отношении между лучом света, падающим на поверхность стекла, самим листом стекла и приемником света, находящимся по другую сторону этого листа. Другими словами свойство – это свернутое отношение.

Целевое воздействие одного объекта на другой называется функцией этого объекта, которую он может осуществлять благодаря наличию определённого свойства. Свойство есть способность выполнять действие на другой объект и/или воспринимать воздействие.

Пример.

Опишем отношения между компонентами системы «усилитель звука»: звуком, микрофоном, усилителем, громкоговорителем и электротоком. Микрофон преобразует тихий звук в электроток, усилитель усиливает электроток, громкоговоритель преобразует усиленный электроток в громкий звук.

Граф – это схема, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также (в случае необходимости) разница между элементами и между связями.

Граф состоит из обозначений элементов произвольной природы, называемых вершинами, и обозначений связей между ними, называемых ребрами (иногда дугами). Часто бывает необходимо отразить несимметричность некоторых связей; в таких случаях линию, изображающую ребро, снабжают стрелкой. Если в графе требуется отразить другие различия между элементами или связями, то либо разным ребрам приписывают различные веса (взвешенные графы), либо раскрашивают вершины или ребра (раскрашенные графы).

$ Подумайте, как отношения между людьми и фирмами в рамках рыночной экономики можно представить в виде графов.

Анализ и Синтез

Модель – Познавательная и Прагматическая (управляющая) – Согласование со средой – Подобие и Ограниченность – Адекватность

Система – Чёрный ящик – Положительная и Отрицательная обратная связь – Модель состава – Модель структуры – Свойство объекта – Функция – Граф