Системная технология

Телемтаев Марат Махметович

* Системная технология использует принцип «черного ящика», который утверждает, что для предсказания поведения системы (или ее подсистемы) не обязательно точно знать, как ее процесс и структура построены из элементарных процессов и структур [12]. Так, для моделирования физиологии клеток не обязательно исчерпывающим образом понимать ее биохимию, для описания динамики популяций животных не нужно фундаментальных знаний по физиологии, для моделирования поведения социальных систем не обязательны глубокие знания по психиатрии, для моделирования технических систем автоматического регулирования уровня жидкости не обязательны знания в области сопротивления материалов и т.д. Этот принцип широко применяется при моделировании больших систем на основе анализа характеристик входных и выходных потоков ресурсов, преобразуемых системой. * Системная технология уделяет большое внимание «неформальным» графическим и вербальным моделям. Вербальными моделями являются изложенные в главах 1, 2 принцип системности, Законы системности и технологизации, концепция и принципы системной технологии, описания особенностей построения технологических процессов, структур, систем. Графические модели позволяют наглядно изобразить в виде схем, графиков, других простых и сложных графических конструкций частные и общие качественные и количественные характеристики моделей систем. Неформальные модели являются, как правило, этапом, предшествующим построению формальных математических моделей системы.

С помощью неформальных моделей системной технологии мы находим некоторую совокупность упрощений, абстракций и соотношений, к которым можно сводить все многообразие моделей технологий, прежде чем перейти к построению технологий для различных сфер деятельности человека.

* Системная технология использует машинные модели двух видов: аналоговые и дискретные. Аналоговые модели – это, как правило, модели систем в виде обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, решаемые на аналоговых вычислительных машинах. Дискретные модели, т.е. модели с развитой системой логических переходов и условий, описываемой с помощью аппарата дискретной математики (теория алгоритмов, математическая логика, теория множеств, алгебраические системы и др.), решаются с помощью цифровых вычислительных машин. Существуют также модели систем, ориентированные на решение с помощью аналогово-цифровых комплексов. В болыпинстве случаев модели систем являются непрерывно-дискретными. * Для решения задач системной технологии эффективными являются имитирующие модели. Для этих моделей не ставится задача наибольшего соответствия структуры модели структуре моделируемой системы. Основная задача – наиболее достоверное воспроизведение реакции моделируемой системы на внешние, в том числе и на входные воздействия в виде изменений характеристик преобразуемого системой ресурса и воздействий внешней среды. Подбор совокупности операторов преобразования входной информации в выходную производится с помощью статистических математических методов. Модель системы структурируется в виде блоков в соответствии с достоверными представлениями о структуре системы. Каждый блок модели имитирует поведение определенной системы, являющейся подсистемой исследуемой системы. Имитирующие модели позволяют корректировать набор операторов преобразования в соответствии с текущим поведением моделируемой системы, создавать имитационные и деловые игры для принятия решений по проектированию, управлению, развитию, использованию систем, для образовательных целей. * Формальные математические модели, используемые системной технологией, в том числе и используемые для имитирующих моделей, могут быть дифференциальными (в форме дифференциальных уравнений), логическими (в форме уравнений математической логики), теоретико-множественными, алгебраическими (в форме алгебраических уравнений и систем), графовыми (в форме ориентированных и неориентированных графов), комбинаторными (в виде моделей размещения объектов в соответствии со специальными правилами), смешанными. Модели систем могут быть стохастическими и детерминированными, т.е. учитывающими (в первом случае) и не учитывающими (в другом случае) случайный характер изменений характеристик системы и преобразуемых ею ресурсов. * Системная технология оценивает осуществляемую системой деятельность на основе системы критериев, определяющих, насколько оказалось эффективным достижение цели, поставленной перед триадой «объект, субъект, результат», с помощью системы-результата, т.е. изделия. Эти критерии выдвигает внешняя среда или система-субъект деятельности.

Модель системы также можно оценивать некоторой совокупностью критериев, которую выдвигает система-субъект деятельности, моделирующая систему-объект деятельности с целью управления, проектирования, исследования, принятия решений по развитию или с иной целью. Такими критериями могут быть [36] реалистичность (степень соответствия реальной системе), достоверность (степень точности предсказания поведения системы), общность (диапазон приложимости модели для описания систем разной природы), устойчивость (способность сохранять соответствие моделируемой системе при изменении воздействий внешней среды системы и внутренней среды элементов системы в диапазонах, соответствующих экстремальным условиям реальной жизнедеятельности системы), чувствительность (степень зависимости параметров модели от вариаций других параметров и от воздействий внешней среды).

* Системная технология решает задачи построения модели системы в зависимости от того, что является «изготовителем» изделия системы: процесс системы или структура системы.

В технологических системах изделие, продукт – это результат осуществления системного процесса целенаправленного преобразования ресурсов (материальных, информационных и др.), в экономических системах изделие системы – это определенный комплекс экономических показателей, являющийся результатом системных экономических процессов. Во многих других системах, являющихся основным объектом приложения системной технологии, изделие системы также является результатом системного процесса. Это, образно говоря, «системы-процессы».

Напротив, в таких системах, как здания, мосты, конструкции аппаратов, машин, цель системы реализуется с помощью структуры, а процессы теплового и механического взаимодействия (между элементами зданий, например) являются сопутствующими и не необходимыми для реализации основного назначения этих систем в соответствии с замыслом их создания. В этих системах (можно назвать их «системы-структуры») изделием системы может являться: внешний облик (архитектурные комплексы), потребляемый внешней эстетической средой; надежность транспортного соединения двух участков дороги, подходящей с двух сторон к берегам реки (мост), потребителем которой является транспортные средства и пешеходы.

Надо заметить, что системы-структуры – это, как правило, элементы и подсистемы больших и сложных стохастических систем. Так, архитектурное сооружение – часть системы «человек – архитектурный ансамбль»; процесс этой системы – это процесс удовлетворения эстетических потребностей человека; этот процесс «проходит по-разному» для каждого сочетания «новый человек – архитектурное сооружение»; формальной модели этого процесса не существует, как правило. Другой пример – «мост-транспорт (в т.ч. и пешеход)»; процесс этой системы может быть описан только статистическими методами; его конкретная реализация – это взаимодействие детерминированной структуры со случайным набором остальных элементов системы; другими словами, это системы со случайным набором элементов, поведение которых также носит вероятностный характер, Таких систем много – ракета «земля-воздух», транспортные сооружения и т.п. В реальности все системы имеют вероятностные компоненты процессов и/или структур. Вопрос только в том, можно ли обойтись без учета этого или нет, для того, чтобы построить модель системы с приемлемой для практики точностью.

Для построения стохастических моделей систем используют специальные методы моделирования процессов и структур, основанные на аппарате теории вероятностей, математической статистики, теории размытых множеств. Здесь стохастические модели не рассматриваются, хотя предложенные модели системной технологии могут развиваться и в этом направлении. Таким образом, модели системы могут создаваться для моделирования системы в целом, либо процесса системы, либо структуры системы в зависимости от того, что обеспечивает достижение целей системы.