Глава 4. Модели сложных систем
Уровень абстракции формальных моделей может быть различным. Чем выше этот уровень, тем более широкий класс систем может описываться этими моделями.
К формальным моделям высокого уровня абстракции относятся четыре типа модели:
"черный ящик";
"состав системы";
"структура системы";
"структурная схема системы" (модель типа "белый ящик").
4.1. Модель типа "черный ящик"
Формальная модель типа "черный ящик" представлена на рис. 4.1. Она включает следующие компоненты:
границы системы;
входы системы;
выходы системы;
окружающую (внешнюю) среду.
Эта модель является исходной пр_и построении модели сложней} системы и акцентирует внимание исследователя на в за и м о де йствии системы с внешней средой. Это_1ззаимодействие осуществляется влиянием целей системы (целевого продукта) на внешнюю среду (другую систему). Целевые продукты системы - это выходы системы. Внешняя среда оказывает воздействие на систему через ресурсное обеспечение, которое позволяетсистемереализовать свои целевые функции. Такие связи внешней среды с системой называют входами системы. Сама система изображается в виде прямоугольника ("непрозрачного ящика"), причем содержание ("начинка") этого ящика не раскрывается. Поэтому и модель называется "черным ящиком". Здесь внимание обращается только на границы системы, которые подчеркивают целостность системы и обособленность ее от внешней среды.
Рис 4.1 Формальная модель системы типа "черный ящик"
На рис. 4.2 приведены несколько примеров содержательных моделей типа "черный ящик", построенных по "трафарету" формальной модели. Таким образом, I построение моделей типа "черный ящик" сводится к описанию (составлению перечня) входов и выходов системы, ее границ и окружающей среды..
Однако кажущаяся простота этой модели на практике оборачивается значительными сложностями. Число отношений реальной системы с внешней средой очень велико (практически бесконечно). Это относится как к факторам (системам) внешней среды, которые выступают в виде входов системы, так и к факторам воздействия системы на внешнюю среду, которые выступают в виде выходов системы. При построении модели исследователь отбирает из этого множества только некоторое их число, которое включается в список входов_и выходов. Критерием отбора служит целевое назначение модели, значимость той или иной связи по отношению к цели. Исключение ряда факторов, формирующих входы и выходы модели системы, не приводит к их исчезновению на практике. Поэтому ошибки, допущенные при формировании списка входов и выходов, могут иметь в дальнейшем непредсказуемые и часто тяжелые последствия. Самым ярким примером, подтверждающим эту мысль, являются экологические катастрофы, происходящая на нашей планете по вине человека. Долгое время в перечень выходов моделей системы (например, химического завода, атомной электростанции, сельскохозяйственного кооператива или какой-либо организации) "забывали" включать такой выход как "отходы производства или деятельности". Это приводило к тому, что утилизация отходов не финансировалась, научных разработок в этом направлении проводилось мало и результат не замедлил сказаться. Наглядным примером сказанному являются проблемы, возникающие в химической промышленности и ядерной энергетике.
Рис 4.2 Примеры содержательных моделей типа "черный ящик" Модель типа "черный ящик", рассматриваемая как первый этап моделирования объекта, часто имеет и важное самостоятельное значение. Например, при исследовании психики человека и влияния лекарственных препаратов на животный организм исследователь лишен возможности вмешиваться в систему
кроме как через входы системы и анализировать состояние системы через ее выходы.
Еще одна перспективная область применения "черного ящика" связана с исследованием систем в их естественном состоянии (наблюдение за системой), когда вмешательство в функционирование системы недопустимо или нежелательно Например, наблюдение за воздействием экологической среды региона на некоторую биосистему этого региона, ограниченную территорией заповедника.
Кроме того, моделью "черного ящика" приходится ограничиваться если по каким-либо причинам отсутствует информация о внутреннем устройстве и состоянии анализируемой системы.