Что такое система?Общее определение системы состоит в том, что система есть идущий процесс. Таким образом, любая вещь в движении, процессе или состоянии изменения могла бы быть определена как система. Это определение не является неправильным, но оно существенно неполно. Существуют примеры систем (системы телефонной и радиосвязи, и так далее), которые не могут быть подведены под вышеприведённое определение, поскольку в них нет «движения» в обычном смысле. Более полное и содержательное общее определение описывает систему как набор объектов, имеющих данные свойства, и набор связей между объектами и их свойствами 1. Объекты есть параметры системы; параметрами являются вход, процесс, выход, управление с помощью обратной связи и ограничение. Состояние системы описывается множеством величин по каждому системному объекту. Свойства есть качества параметров объектов. Качества — это внешние проявления того способа (то есть процесса — Прим. пер.), с помощью которого получается знание об объекте, ведётся за ним наблюдение или которым объект вводится в процесс 2. Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определённую размерность. Свойства объектов системы могут изменяться в результате её действия. Связи есть то, что соединяет объекты и свойства в системном процессе 3. Постулируется, что связи существуют между всеми системными элементами, между системами и подсистемами и между двумя и более подсистемами. Связями первого порядка называются связи, функционально необходимые друг другу. Примером связей первого порядка является симбиоз — необходимая связь различных организмов, например: растение и паразит. Связи называются связями второго порядка, если они являются дополнительными. Если такие связи присутствуют, то они в значительной степени улучшают действие системы, но они не являются функционально необходимыми. Синергия есть проявление связей второго порядка. Синергическими связями являются те, которые при кооперативных действиях независимых организаций обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины большей, чем сумма эффектов этих же независимо действующих организаций. Связи могут определяться как связи третьего порядка, если они являются излишними или противоречивыми. Избыточность описывает такое состояние системы, когда она содержит ненужные объекты. Противоречие существует тогда, когда система содержит два объекта, таких, что, если один истинен, другой ложен по определению. Чтобы описать набор объектов, свойств и связей, постулируется система, условие, ситуация или состояние. Постулируемыми предложениями являются такие, которые устанавливаются наперёд, гипотетически, как пробные подлежащие опытной проверке утверждения. Приведённое определение может служить основой для постулирования недостатков системы. Чтобы охватить определением разнообразные формы недостатков системы, неправильное функционирование определяется как такое изменение в связях первого, второго или третьего порядка объектов и свойств, при котором система переходит через свою критическую точку. При прохождении критической точки происходит изменение одного или более объектов системы и при этом устанавливаются новые связи и соответственно новые выходы. Критическое изменение системного объекта есть такое, при котором его качество пересекает порог и принимает конечное значение другого порядка. Критические уровни образуются при таких вариациях в качествах (системных объектов), при которых они выходят за диапазон, предусмотренный для них при конструировании системы. Понятие «неправильное функционирование системы» постулируется для того, чтобы описывать одним термином всё разнообразие недостатков системы, возникающих тогда, когда требуют, чтобы система действовала вне пределов, установленных при конструировании. Термин процесс, применяемый также в определении текущего состояния системы, определяется как дающая данный результат общность входящих во все объекты, свойства и связи компонентов системы. Процессы могут быть умственными (мышление, планирование, обучение), умственно-моторными (проверка, писание, построение) или механическими (действия, функционирование). Процессы проводятся в людях или машинах или проходят при их объединённых действиях. Системы могут быть идентифицированы с помощью их процессоров или процессов. При принятых здесь определениях не может быть систем, о которых можно было бы сказать, что они существуют без процесса. Физические и абстрактные системыСистемы могут быть классифицированы определением сходства и различия между ними. Физические системы состоят из изделий, оборудования, машин и, вообще, из естественных или искусственных объектов. Этим системам могут быть противопоставлены абстрактные системы. В последних свойства объектов, которые могут существовать только в уме исследователя, представляют символы. Идеи, планы, гипотезы и понятия, находящиеся в процессе исследования, могут быть описаны как абстрактные системы. Как в физических, так и в абстрактных системах процесс существует на многих уровнях. Составляющие процесс компоненты, необходимые для действия системы в целом, известны как подсистемы. В свою очередь, подсистемы могут состоять из ещё более детальных подсистем. Иерархия и число подсистем зависят только от внутренней сложности системы в целом. Таким образом, возможно, что некоторые системы могут содержать бесконечное разнообразие процессов. Соответственно другие системы содержат конечное, ограниченное число процессов. Для каждого отождествимого процесса специалист по анализу системы может выделить систему. Системы могут действовать одновременно, то есть параллельно или последовательно без каких-либо ограничений, помимо тех, которые были обусловлены при конструировании или существуют в реальном мире. О каждой системе можно сказать, что она существует в конкретной окружающей среде. Системы существуют в определённой окружающей среде и обусловливаются ей. Первое условие окружающей среды есть граница, относительно которой говорят, что система действует внутри неё. Окружающая среда определяется как набор заключённых внутри конкретных пределов объектов, которые, как предполагается, влияют на действие системы. Специалист по анализу систем не может проводить неограниченные исследования, необходимые для того, чтобы понять все условия, влияющие на действие системы. Понятие границы предписывает предел, внутри которого объекты, свойства и их связи можно адекватно объяснить и обеспечить управление ими. Системы и их границы могут быть определены просто, если их объекты по своей природе являются абсолютными или конечными. Наиболее подходящим способом описания физических систем может быть описание в терминах количественных характеристик. Однако абстрактные системы не могут быть также легко определены в конечных терминах. Все системы действуют в рамках данной окружающей среды и данной границы. Изучение систем может вестись в одном из двух направлений: либо в направлении анализа процесса, либо в направлении анализа конечного исхода процесса. При анализе процесса система может изучаться как определённое количество связанных между собой подсистем. Это детальное, микроскопическое рассмотрение мира системы и представляет собой анализ процесса. При проведении такого анализа специалист определяет промежуточные выходы системы. Затем он исследует средства, с помощью которых они могут быть переведены в последовательно связанную совокупность процессов, пригодную для последующей обработки. При анализе процесса бывает много альтернатив или выборов, которые могут квалифицироваться как промежуточные решения. Анализ процесса часто ассоциируется с проблемами реального мира и физическими системами. Наряду с анализом процесса существует анализ конечного исхода, обеспечивающий макроскопическое рассмотрение системы. При использовании такого метода система рассматривается как целое. Специалист по анализу системы в этом случае больше внимания уделяет завершающим, конечным, а не промежуточным результатам. При анализе, ориентированном на конечный исход, нет определённого знания всех промежуточных выходов. Таким образом, в этом случае может и не быть средств, которые бы позволили установить основу для объединения всех процессов в действие целой системы. Цель исследователя состоит в создании модели изучаемой им системы независимо от того, является ли она физической или абстрактной. Он стремится понять систему как процесс с данными объектами, свойствами и связями, комбинирующимися в действие системы 4. Модель может быть математической, если исследователь может выделить в проблеме количественные свойства. Если проблема по своей природе является и количественной, и качественной, модель может быть менее строгой и не более сложной, чем схема обработки данных. Создатель модели старается воспроизвести в миниатюрной, контролируемой форме действие изучаемой системы в реальном мире. Если модель является точным слепком или представлением реального мира, она может быть названа моделью специального назначения. Модели специального назначения могут быть использованы для решения большинства проблем, причём ожидаемая степень успеха решения может быть вычислена. Модели общего назначения аппроксимируют реальный мир с меньшей степенью субъективности и самостоятельности содержания, чем модели специального назначения. Отсюда следует, что решения, полученные с помощью модели общего назначения, являются общими по своей природе; точно так же решения, полученные из модели специального назначения, являются специальными по своей природе. Ни одно из решений противоположной категории не может быть применено без тщательного изучения предпосылок применения. Системы могут быть централизованными или децентрализованными. В централизованных системах один элемент или одна важная подсистема играет доминирующую роль; её значение может превосходить значение других компонентов системы. При таком построении эта наиболее важная подсистема является центральной для действия системы. Младшие подсистемы являются подчинёнными действию центральной. В децентрализованной системе справедливо обратное утверждение: наиболее важные подсистемы имеют приблизительно одинаковую ценность. В этом случае они построены не вокруг центральной подсистемы, как спутники, а соединены последовательно. Или же подсистемы могут быть построены параллельно, причём каждая из них обеспечивает единственный, но изоморфный (имеющий внешнее сходство) выход. Как в централизованных, так и в децентрализованных системах могут быть определены входы и выходы. В принципе оба типа системы могут встречаться и среди физических, и среди абстрактных систем. Естественные системы и системы, сделанные человекомВторое наиболее важное разделение систем может быть произведено по признаку их происхождения. Естественные системы определяются как такие, которые возникают в естественных процессах. Климат и почва являются типичными естественными системами. Системы, сделанные человеком, — это те естественные системы, процесс которых изменён человеком с помощью изменения его объектов, свойств и связей. Естественные и сделанные человеком системы могут быть физическими или абстрактными. Количественное описание естественных процессов может быть сделано с помощью физических систем (то есть с помощью экспериментальных установок. — Прим. пер.), присоединяемых к процессам для ограничения событий. Естественные системы — макроскопические, они не представляют предмета, изучение которого помогло бы облегчить руководство. Естественные системы могут быть неизменными в течение длительного периода времени, так как они имеют тенденцию действовать в ограниченных, хотя и достаточно широких пределах. Некоторые естественные системы называются адаптивными. Это такие системы, в которых происходит постоянное приспособление к порождающей новые входы окружающей среде. Фронт погоды — пример адаптивной системы. Открытые системы типичны для категории естественных систем 5. Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом или энергией регулярным и понятным образом. Деловая деятельность в основном проходит в обстановке открытой системы. Противоположностью открытым системам являются закрытые системы, которые действуют с относительно небольшим обменом энергией или веществом с окружающей средой. Лучший пример частично закрытой системы в деловом мире — монополия, процессы и продукты которой защищены патентами и другими средствами. Отсутствие конкуренции может позволить монополии действовать менее открытым образом. Сделанные человеком системы имеют почти такие же характеристики. Системы, сделанные человеком, могут воспроизводить в контролируемой окружающей среде такие естественные условия, которые не поддаются контролю в реальном мире. Военные организации и правительство также являются открытыми системами. Эти системы широко взаимодействуют со своим окружением, в данном случае с обществом, с законами о земле и с частным предпринимательством. Сделанные человеком системы являются закрытыми, если они построены для неменяющегося входа и статистически предсказуемого выхода. Такие системы характеризуются также как полностью структуризованные. В закрытых системах объекты и связи комбинируются таким способом, который не обнаруживается в естественных системах. Полностью структуризованные, с неизменным выходом системы существуют в лабораторных условиях или при таких обстоятельствах, когда роль физических объектов предопределяет действие системы. Конструирование деловых систем имеет целью переход к открытым 6 системам. Эта цель достигается с помощью обратной связи. Системы, сделанные человеком, могут быть также адаптивными. Это вообще получается тогда, когда подача входа, его обработка и доставка выхода должны выполняться человеком. Адаптивная система — такая, в которой происходит непрерывный процесс обучения или самоорганизации. Диапазон входа адаптивных систем может быть широким, и для них может потребоваться процессор, пригодный при неопределённом входе. Машины, ранее делавшиеся человеком, не являются обучающимися. В настоящее время предпринимаются большие усилия для того, чтобы научить машины обучаться на основе предшествующего опыта. Классический пример обучающейся машины — автоматическая вычислительная машина. В более узком смысле такое обучение состоит в способности вычислительной машины считывать свои промежуточный результаты и последующие (адаптивные) шаги выполнять по предварительно определённому пути. Люди так программируют машину, чтобы она проверяла всевозможные выборы, которые могут представиться ей на любой стадии процесса. Машина может повторить запрограммированные шаги столько раз, сколько введено новых рядов условий. Такое построение процесса известно как итеративная петля. Совершенствование технологии машинной обработки позволит, в конце концов, сделать для машины возможным выполнение адаптивного процесса за пределами, обусловленными человеком с помощью программ. Системы могут быть далее охарактеризованы как имеющие случайные качества. Такие системы существуют как среди естественных, так и среди сделанных человеком. Понятие случайность описывает условие статистически нестабильного входа или выхода. Вход случайной системы не предсказуем, и такая система действует внутри более широко определённых пределов. Адаптивные системы могут конструироваться для того, чтобы справиться со случайными условиями. Однако люди обычно стремятся ограничить случайность, чтобы иметь возможность конструировать более простые системы. Если наиболее важное условие проблемы содержит случайность, то оно может быть передано в какую-либо одну конкретную область действия некоторой подсистемы. Это делается для ограничения нестабильных объектов, свойств и связей, чтобы минимизировать их влияние на другие, более, стабильные подсистемы. Одна из принципиальных целей при конструировании системы заключается в снижении стоимости ошибок системы до некоторого уровня. Только сделанные человеком системы отвечают с любой статистической точностью этому ограничению; что касается естественных систем, то их объекты могут не поддаваться контролю, и, следовательно, связи могут быть случайными и нестабильными (то есть непредсказуемыми). Люди выражают эту неопределённую ситуацию с помощью оценок вероятности совершения событий. Структура естественных систем образуется в результате взаимодействия сил окружающей среды. Структура приобретает новое, качество тогда, когда совокупность объектов системы организуется и нечто, приближающееся к адаптивной системе. Однако структура систем, сделанных человеком, создаётся только человеком. Одна из основных целей человека при конструировании системы — уменьшить человеческие ошибки, вызывающие неправильное функционирование системы. Специалисту по анализу систем может быть поручено переконструировать систему, находящуюся в случайном, плохо структуризованном состоянии. Его целью может быть такая реорганизация системы, которая превратила бы её в хорошо структуризованную открытую систему, способную предопределённым образом адаптироваться к данному диапазону входов. Неправильное функционирование системы отчасти обусловливается тем, в какой степени не достигается структура при конструировании системы. Рассмотренные типы систем могут быть также грубыми или точными. Если такая физическая, сделанная человеком система, как термостат, сконструирована, чтобы принимать вход в широком диапазоне тепловых градиентов, то она может быть названа грубой. Если же эта система сконструирована, чтобы принимать вход внутри более узких градиентов, то она может быть названа точной. В сделанных человеком, системах конструктор стремится сохранить относительно постоянный уровень грубости и точности. Человеко-машинные системыРоль каждого компонента в человеко-машинных системах определена. И человек, и машина могут занимать в системе центральное положение. Конструктор системы стремится поднять качество человеческого входа до уровня машины. С ростом мощности роль машины становится более центральной, а роль человека — менее центральной. Машина выполняет функцию процессора, а человек вводит в неё вход. По мере увеличения гибкости машины она делает больше шагов обработки и даёт более одного выхода. Автоматизированные модели специального назначения могут быть снабжены воспринимающим устройством, способным «читать» идущий процесс. Считанные данные могут автоматически передаваться в центральный процессор. Процессор обрабатывает этот вход и интерпретирует качество параметра (то есть характеристику) физического процесса. Таким образом, функция машины может быть расширена и может включать в себя входную функцию. Человеко-машинные системы действуют благодаря широкому диапазону возможностей и дополнительностей их компонентов. Их возможности определяются способностями, присущими человеку, или свойствами оборудования, позволяющими решать задачу системы. Например, требование к системе считывать каждую секунду с прибора, записывающего температуру, не может эффективно выполняться человеком. Другой пример: если машине задана сортировка записанных на магнитной ленте 300 тысяч сообщений с 12 алфавитно-цифровыми знаками в каждом и при этом использовать память с объёмом 400 слов, то эффективность такой системы будет низкой, стоимость высокой и количество расходуемого времени большим. Возможности системы меняются с изменениями требований к скорости, надёжности, точности и частоте обработки» Возможности конкретной системы в конце концов покоятся на её свойстве приспосабливаться к заданным условиям. Может оказаться, что мощность некоторых систем настолько велика, что их возможности будут больше, чем необходимо для действия системы; обратное тоже возможно. Системы, мощность которых сделана или слишком большой, или слишком малой, могут встречаться как в человеческих, так и в машинных категориях систем. Дополнительность систем (см. определение связи в разделе «Что такое система») меняется в зависимости от числа и возможностей люден или машин. Если возможности отражают относительную «мощность» объектов системы, дополнительность отражает количество объектов, влияющих па действие системы. Дополнительность может быть также определена через увеличение «интенсивного» в системе. Интенсивность определяется как количество капитала, труда, материалов или оборудования, поставляемых для действия системы. При повышении уровня характеристик системы или её эффективности интенсивности увеличиваются. Интенсивность одного может быть увеличена без уменьшения другого; интенсивности могут меняться «вверх и вниз» в зависимости от внутреннего диапазона качества параметра. Любые системные объекты, по определению, имеют и возможности, и дополнительности, которые описываются качеством параметров. Человека и машину можно сравнивать друг с другом для выяснения трёх вопросов: в чём они схожи; в чём они различаются; и как, зная сходство и различие, найти такой способ одновременного использования людей и машины, который бы позволял получить наилучшие результаты. Люди и машины сходны в том, что они используют язык. Однако язык людей, в отличие от языка машин, имеет три формы: мысленную, устную и письменную. Язык мышления обычно используется при исследовании и увязке идей. Язык устной речи позволяет задавать вопросы или получать ответы и передаёт в устной форме процесс мышления. Процесс письма фиксирует процесс мышления и устный процесс, если они являются слишком длинными, слишком сложными, слишком подробными или слабоструктуризованными, чтобы их можно было полностью держать в памяти. Язык машин является формальным, систематическим, логическим, математически обоснованным набором символов. У него нет форм человеческого языка; его собственная форма может быть охарактеризована как автоматическая, программируемая и ориентированная на исход. Он является автоматическим потому, что может, выполнять отдельные операции без человека или с его помощью. Он является программированным потому, что «думает» по логическим, наперёд запланированным путям. Он избирает альтернативы схематическим, итеративным образом, причём каждая итерация более или менее идентична. Язык машин ориентирован на исход процесса, поскольку промежуточные или конечные цели получаемого с его помощью решения производятся без какой-либо способности их предвосхищения, а только как исполнение программы. Первое различие между человеком и машиной состоит в отличии языка. Язык человека обеспечивает гибкие возможности, недоступные машинам. Люди могут обдумывать проблемы, говорить о них и писать о них; они могут решать их или, по крайней мере, ставить их в одной из этих форм. Машины не могут «изобрести» проблемы, о которых нужно «подумать» до выражения этих проблем на символическом, логическом программируемом языке. Пока машинный язык не будет содержать средств для постановки и решения проблем, машины не смогут ни ставить проблемы, ни решать их 7. Конструирование самоорганизующихся систем (автоматических, программированных, самоизменяющихся по всем объектам в полностью адаптированной системе) увеличивает гибкость вычислительных устройств. Однако определённые ограничения на адаптивность систем существуют как сегодня, так и в предвидимом будущем. Качества человека и машины могут эффективно комбинироваться. Это достигается тогда, когда возможности итеративного нахождения решения, имеющиеся у машин, объединяются с индуктивно-дедуктивными способностями людей. Стоимость первого решения Размерность стоимости выражается долларами, человеко-часами 8, фунтами или другими количественными мерами этого же сорта. Стоимость может быть также описана как период времени. Стоимость может быть выражена приписыванием оценок качественным выражениям эффективности. Одна система имеет качественное превосходство над другой в эффективности, например, тогда, когда она создаёт условия для повышения безопасности. Например, стоимость повышенной безопасности на железной дороге может быть измерена снижением скорости, которое переводится в увеличение продолжительности путешествия; последняя может быть далее измерена в терминах уменьшения поездок на каждую единицу времени (неделя, месяц, год), хотя стоимость каждой поездки может оставаться постоянной. Уменьшение числа поездок в единицу времени может быть далее переведено не в стоимость, а в снижение дохода и соответственно — в снижение прибыли или рост потерь. Качественное выражение стоимости определять труднее, чем количественное. Это становится особенно трудным, когда предлагаемое или желаемое состояние системы находится в будущем. Второе различие между человеком и машиной состоит в том, что люди полностью адаптивны, а машины нет. Машинное решение — конец действия машины. Машина направляется своей, ориентированной на исход программой. Несмотря на большое количество итераций, машина в конечном счёте не может делать большего, чем выполнять свой, производящий выход, цикл. Но для человека решение лишь средство, с помощью которого он постоянно улучшает адаптацию к окружающей его среде: решение находит применение. Это указывает на другое важное преимущество комбинирования человека и машины при решении проблем. Машины быстры и надёжны; они способны ускорить процесс решения проблемы, улучшая адаптацию к окружающей обстановке. Машина может быстро и систематично рассмотреть большое число альтернативных решений. Человек может изучить лучшие из этих решений. Он делает вывод об их влиянии на обстановку и применяет их практически, чтобы улучшить свои связи со средой. Третье различие между человеком и машиной состоит в том, что человек располагает властью над машиной. Он может не принять все её решения и установить своё собственное эмпирическое или интуитивное решение. Поступая так, он может оказаться вынужденным переделать ответ машины, который является чётким и точным, в человеческое решение, которое не обязательно имеет эти же качества. Превосходство человека над машиной необратимо; поэтому разумность решения, полученного вычислительной машиной, всегда находится под вопросом. Хотя автоматизированный выход может пользоваться высоким доверием, машина редко, если вообще когда-нибудь, рассматривается как ne lus ultra (вершина) принятия решения. Сегодня машина ещё служит человеку и человеческой интуиции. Интуицию можно считать специальным случаем логического анализа. Используя аналогию с вычислительной машиной, можно сказать, что ум человека имеет большую память — большую, чем любая, созданная на сегодня машина. Ёмкость памяти позволяет ей оставить далеко позади программы и оборудование. В дополнение, ум человека имеет особую способность обобщать опыт, выжимая из него наиболее существенное, а также вспоминать опыт для использования его в новой ситуации. Ум человека может придать этим специальным моделям опыта структуру планов и моделей действий гораздо более гибко и полно, чем то, что может быть сделано машиной. И снова мы должны обратиться к отношениям дополнительности между человеком и машинами. Машины заставляют человека атаковывать проблемы большего объёма, чем ему было бы доступно, если бы он не располагал возможностями машин. Машины дают человеку возможность произвести широкий диапазон решений для данной проблемы. Без использования преимуществ, предоставляемых машинами, большое число решений было бы недоступным. Сочетание стимулируемой машинным производством решений человеческой способности вспоминать схематизированный опыт с самим машинным производством решений представляет идеальную комбинацию. Из этого следует, что по мере усложнения проблем, подлежащих решению, логически прилагаемая интуиция может оказываться всё более и более ценным инструментом. Полная системаПолная система состоит из всех объектов, свойств и связей, необходимых для достижения данной цели при данных принуждающих связях. Термин система наиболее часто используется в смысле полная система. Цель полной системы определяет назначение, для достижения которого организуются все объекты, свойства и связи системы 9. Принуждающие связи системы являются ограничениями, накладываемыми на её действие. Принуждающие связи определяют границу системы (то есть определяют её как подсистему — Прим. пер.) и дают возможность точно установить условие, при котором она должна действовать. Понятие полной системы можно иллюстрировать примером системы управляемого снаряда. Компонентами системы наведения управляемого снаряда являются:
Эти шесть компонентов системы наведения управляемого снаряда являются се наиболее важными подсистемами. Каждая такая подсистема, в свою очередь, состоит из нескольких входящих в неё подсистем. Например, в снаряд входят следующие подсистемы:
Каждая из них также подразделяется на наиболее важные физические компоненты, которые тоже являются подсистемами. В описание системы помимо перечисленных объектов должны быть включены все свойства и их связи. У каждого объекта может быть только одно свойство, но много связей; обратное тоже может быть справедливым. Информационные системы в деловом мире должны определяться полным перечнем дополняющих друг друга подсистем. Например, при перестройке подсистемы материально-технического снабжения компании будут охвачены:
Такой охват будет требовать от специалиста по анализу систем способности работать в области производства, закупок, контроля продукции, учёта, инженерного проектирования и сбыта. Определение изучаемой системы (подсистем) — одна из первых задач специалиста по анализу систем. Подход к изучению проблем делового мира, основанный на представлении о полной системе, является существенно новым 10. Понятие полной системы заставляет специалиста по анализу систем проводить широкую, но законченную границу вокруг проблемы, подлежащей изучению 11. Посредством определения полной области системы специалист по анализу систем стремится найти и атаковать основную проблему. Основная проблема может иметь связи с широким набором объектов. Это вызывает необходимость итеративной оценки альтернативных решений. Цель такой оценки состоит в определении поведения всех системных объектов в варьирующих условиях. Процедуры решения проблемы, излагаемые далее, покоятся на системных идеях. Освещение и анализ проблем как подсистем полной системы обеспечивает выполнение необходимого условия, состоящего в том, чтобы все части проблемы были надлежащим образом и функционально связаны. Рассмотрение проблемы как системы предполагает идентификацию параметров проблемы как параметров системы. Каждый параметр должен быть затем определён его качествами и связями. Чтобы указать место объектов в системе, мы рассмотрим процессы и связи действующей системы с помощью схематический конструкций. Параметры системыПараметрами системы являются объекты системы: вход, процесс, выход, обратная связь и ограничение. Каждый из объектов будет охарактеризован указанием его роли в действии системы. Использование такого функционально-ориентированного описания позволяет объяснить более детально сущность системы. Функциональное описание определяет «что»: какие сущности, какие действия и какие связи. Оно отличается от операционно-ориентированного описания, которое устанавливает «как» (см. раздел «Операционное описание систем» данной главы и гл. 3, 4 и 5) 12. Вход, процесс и выходФункцией входа является возбуждение той силы, которая обеспечивает систему материалом, поступающим в процесс. Постулируется, что вход может принимать одну или более из следующих форм:
Пример первой из этих постулированных связей показан на рис. 2.1. В процессах В и С выход предыдущей подсистемы вводится без изменений как вход в следующий процесс. Процесс А с этом примере является более ранней по времени подсистемой, но не обязательно более простой или более сложной. Например, процесс А может быть отображением реального процесса аналоговым устройством сейсмографа; процесс B — аналого-цифровым преобразованием; процесс C — вычислением фактора интенсивности для данного отсчёта, производимым цифровым вычислительным устройством.
Отображение, производимое аналоговым устройством, есть измерение одной физической величины с помощью другой, например, такой, как поворот оси. Сейсмограф, имеющийся в виду на рис. 2.1, записывает и измеряет звуковые волны, порождаемые толчками или сотрясениями земли. Звуковые волны являются входами, которые записываются на фотографической бумаге. Таким образом, изменение, происходящее при переходе от подсистемы Л к подсистеме В, состоит в преобразовании длины сейсмической волны в величину, представляющую длину волны; размерность этой величины может быть выражена в миллиметрах. Число, выражающее длину в миллиметрах, используется подсистемой С для получения интересующих значений величины толчка или сотрясения.
Каждому из упомянутых выше процессов подсистем может быть сопоставлена полная система. Если несколько подсистем объединены для формирования конечного выхода, частные процессы A, В, С и так далее связаны, как показано на рис. 2.2. Отношение полной системы к своим объектам и свойствам таково же, как и отношение подсистемы к составляющим её элементам. Поэтому один и тот же набор терминов может быть использован для описания как очень больших, сложных систем, так и очень маленьких, простых систем. Вторая форма входа была названа беспорядочной, то есть иной, чем последовательная. Этот случай может быть показан так, как это сделано на рис. 2.3. В этом примере D и G являются входами, вводимыми в случайные точки времени. Подсистемы Е и F соединены последовательно друг с другом, как и в примере рис. 2.1. Подсистемы D, F, G и Н можно представить как части единого процесса (рис. 2.4). Третья форма входа отличается тем, что в этом случае вход вводится в систему, будучи до этого выходом этой же системы. Данный случай иллюстрируется на рис. 2.5.
Объекты, обозначенные К, Р и Q, имеют существенно отличные типы входа, чем те, которые обозначены J и М. Часть процесса, называемая обратной связью, имеет целью управление подсистемой. Чтобы подчеркнуть уникальную функцию обратной связи в передаче выхода как входа в той же самой подсистеме, она на схеме показана обходящей вокруг процессора.
Выход является результатом процесса. Выход может быть также определён как назначение, для достижения которого системные объекты, свойства и связи соединены вместе. Определение выхода, таким образом, совпадает с определением цели 13. Выход подсистем — промежуточный в противоположность выходу системы, который является конечным. Чтобы обеспечить подходящий вход в подсистему более высокого порядка, выходы, как это показано на рис. 2.6, могут быть взаимно причинно-зависимы (дополнительны). Подсистемы, R, S и Т по времени предшествуют подсистемам U, V и X; они с необходимостью должны предшествовать этим последним, чтобы система могла работать; подсистемы U и V имеют более высокий приоритет по сравнению с, R, S, Т и W, но более низкий приоритет, чем X.
Выход может автоматически становиться входом, если он вводится в последующую подсистему без изменения (обозначается на рис. «выход: вход»). В этом случае выход и вход идентичны. Процессы R, S и Т, а также U, V и W производят один конечный выход X В системах более низкого приоритета одиночный процесс (в противоположность процессу S) производит два выхода: U и V. Не существует ограничений на число выходов, вводимых в процесс, за исключением тех, которые обусловлены пределами возможностей человека и машины. Точно так же нет никаких ограничений на числи выходов, которые могут образовываться в результате процесса. Третий выход W введён от внешней подсистемы. Подсистема W не связана с предыдущей последовательностью системных процессов, производящих выходы U и V. Никаких ограничений на число выходов из источников, помимо тех, которые устанавливаются последовательным соединением подсистем, и тех, которые определены пределами человека и машины, не существует. Классический пример выхода, используемого как вход, — ведомость прямых трудовых затрат на работы. После использования данных этой ведомости табельщиком или бухгалтером записанные в ней суммы оплаты труда становятся без каких-либо изменений входом для получения таких выходов, как отчёт о прямых затратах для центра анализа затрат, для отделов или более мелких подразделений. Дополнительно ведомость может стать входом для расчетов зарплаты, учёта затрат на продукцию, контроля загрузки станков и построения графиков использования трудовых ресурсов. Управление с помощью обратной связиОбратная связь есть функция подсистемы, сравнивающей выход с критерием. Целью обратной связи является управление. Управление определяется как такое состояние системы, когда она находится под контролем. Действие находящейся под контролем подсистемы поддерживается посредством устранения различия между выходом и критерием. Обратная связь подразумевает наличие подсистемы, предназначенной для восприятия выхода с целью достижения или сохранения управления. Управление предполагает программированное средство измерения отклонений выхода от того, что планировалось или ожидалось. Управление есть такой объект систем и подсистем, который имеет особые свойства и связи. В человеко-машинных подсистемах элементы управления заключены в оборудовании, программах и соответствующих процессах подсистем. Процесс управления служит для того, чтобы сделать измерение действия системы методичным, последовательным и регулярным. Управление с помощью обратной связи есть средство, с помощью которого итеративные процессы могут быть интегрированы в конструкции подсистем. Интегрированным процессом называется такой, в котором объекты подсистемы теряют свой независимый характер; в интегрированных системах объекты могут быть определены только в контексте подсистемы или системы, к которой они принадлежат.
Процедура проб и ошибок эвристического метода является процессом, управляемым с помощью обратной связи; индивидуальные отличия в решении проблемы людьми указывают, что эффективность управления может быть достигнута в некотором диапазоне: от низкой до высокой. Решение проблемы вообще зависит от интуитивного, не подчиняющегося определённым прави лам применения управления с помощью обратной связи как устройства, посредством которого решения создаются, проверяются и объявляются разумными. Единственное назначение подсистем обратной связи — изменение идущего процесса. Если выход вводится автоматически и без изменения через подсистему обратной связи, процесс обновления может быть схематически представлен так, как это сделано на рис. 2.7. Подсистема АА на этой схеме предшествует двум подсистемам: АВ и АС. Но она играет по отношению к ним разные роли: обратная связь АВ даёт вход в подсистему АА, но, кроме того, выход АА используется как вход в подсистему АС. Выход подсистемы АС поступает на входную сторону подсистемы АЕ. Подсистемы АА, АС и АЕ видоизменяются собственными функциями подсистем обратной связи; они также изменяются воздействием результатов последующих действий. Например, подсистема АЕ изменяет подсистему АА с помощью обратной связи AF. Схема рис. 2.7 позволяет пояснить обратную связь:
Предположим, что система состоит из следующих подсистем:
Чтобы упростить пример, будем считать, что автомобиль, водитель, а также путь и скорость автомобиля заключены в подсистеме АА, дорога и дорожные знаки — в подсистеме АС, а время дня или ночи и окружающая обстановка--в подсистеме АЕ. Выход подсистемы AC — положение автомобиля на дороге относительно дорожных знаков и других наличных условий. Выход обратной связи, который передаётся из АЕ в АА, есть оценки водителем безопасности движения и соответствия пределу скорости, которые получаются им сравнением с тем, что ему известно как приемлемые характеристики вождения. Подсистемы АВ, AD и AF будем называть подсистемами критериев действия системы. В подсистемах AA, АС и АЕ результаты сравнения характеристик движения с критериями АВ, AD и AF обрабатываются и возвращаются в подсистему АА, в которой водитель корректирует путь и скорость экипажа. В приведённом схематическом примере процесса управления подсистема обратной связи показана вне процессора. Однако производящий выход процесс системы вообще может быть тем же самым объектом, который выполняет функцию обратной связи. Этот случай показан на рис. 2.8.
Чтобы обратная связь вводилась в идущий процесс системы, она подобно входу должна быть возбуждена. Это может делаться автоматически (программно), внутри машины, или человеком. В любом случае подсистема обратной связи должна быть воплощена в конструкции. Цель конструирования состоит в сохранении или улучшении характеристик подсистемы. Обычно деловые системы не конструируются так, чтобы действовать только на основе исключения, хотя принцип исключения может быть использован 14. Чтобы система могла воспринимать вход, имеющий определённые вариации, её конструкция должна быть достаточно «широкой». Поскольку деловая деятельность является открытой системой, она получает большое число входов от многих источников. Часть из них представляет обратную связь, дающую сообщения от работ внутри данной деловой деятельности, другие же приходят извне её. Те, которые приходят извне, могут возникать у конкурентов, поставщиков или заказчиков. Границ анализа проблемы должны проводиться так, чтобы включить все источники входов и обратной связи, влияющие на действие изучаемой полной системы.
Обратная связь «воздействует» на систему. Воздействие есть средство изменения существующего состояния системы путём возбуждения силы, позволяющей это сделать. Действие обратной связи может превзойти существующий вход в зависимости от места, времени, формы, интенсивности, содержания и длительности воздействия (см. Главу 3). Тот, кто решает проблему, должен вмешиваться в существующее состояние, чтобы выполнить свою задачу. Воздействие может заставить систему пройти её критическую точку и прекратить работу или заработать быстрее. Для специалистов, решающих проблему, по определению, нет таких частей системы, которые были бы свободны от дефектов. Причина неправильного функционирования системы может быть заключена в любой подсистеме. Проблема не может быть решена, если опасаются устанавливать местонахождение причины неправильного функционирования системы или воздействовать на её неправильную работу.
Управление может функционировать внутри или вне процессора 15. Примером управления, внутреннего по отношению к процессору, может служить случай, когда оно является частью физической конструкции машины, Клапан паровой машины — пример внутреннего управления. Примером внешнего по отношению к процессору управления является контроль изделия, который следует за работой станка. Внутреннее управление может быть представлено схемой рис. 2.9. В системе, приведённой на этой схеме, операция контроля входа заставляет процессор исключать такой вход, который по своему масштабу или форме не подходит для действия системы. Управление может также иметь форму редактирования входа, что позволяет исключать некоторые данные до их поступления в системный процесс. Нет никаких ограничений на число механизмов управления каждой системы, хотя чрезмерный контроль может привести к удорожанию и торможению действия системы. В типичных системах очистки нефти широко применяется контроль входа, процесса и выхода. — Внешнее управление, — может быть иллюстрировано с помощью схемы рис. 2.10. Её элементами являются:
Если станок сам не способен удерживать отклонение в заданных пределах, средством управления может быть только человек. Перестройка зажимов, фиксаторов и режущего инструмента для компенсации недостающих качеств станка снижает производительность и качество. Человек — не совершенное средство управления, так как он лишён машиноподобных качеств. Он не ведёт управления с необходимой строгостью. Он может вмешиваться в процесс слишком рано или слишком поздно. Управление, осуществляемое человеком, может быть определено с помощью набора правил или требовании; они могут быть устными или письменными. Функции рабочего при работе на станках с программным управлением могут быть ограничены установкой и съемкой изделия, перезарядкой ленты и контролем критических размеров изделия после процесса. В этом примере процесс управления одновременно внутренний по отношению к станку (он снабжен внутренней программой) и внешний в форме функции наблюдения, выполняемой рабочим. Контролеры при приёмке выполняют функцию обработки данных (проверку), которая неотделима от функций управления, необходимых для предшествующей операции. Процесс проверки может быть описан детально выделением объектов, которые определяют его как подсистему. На каждой ступени расчленения будет находиться процессор (технологический — Прим. пер.) и процессор управления. На некоторых, но не на всех из этих ступеней может проводиться контроль входа. У каждого из частных процессов, совместно образующих полную подсистему контроля, есть входы и выходы. В каждом из частных процессов могут также быть и процессы обратной связи. Процедура измерения размеров микрометром, выполняемая контролёром, показана па рис. 2.11. Чертёж есть средство контроля, содержащее правила, с помощью которых контролёр принимает или бракует деталь. Чертёж имеет одинаковую силу для рабочего и для контролёра.
Средства контроля есть устройства, которые с равной силой прилагаются к двум или более подсистемам. Использование микрометра также является средством контроля: рабочий и контролёр могут применять один и тот же инструмент. При одних и тех же ограничениях, чтобы определить, находится ли измеряемый диаметр в пределах допустимых отклонений. Допустимое отклонение, указываемое чертежом, — жёсткое требование. Однако само по себе применение микрометра не является строгой процедурой. Контролер может иметь больше времени, быть более опытным или иметь лучший инструмент. Поэтому он может проводить более точные измерения. Рабочий не имеет возможности организовывать свою работу так, как это делает контролёр. Кроме того, условия его работы могут отличаться от условий работы контролёра, например могут возникнуть трудности при считывании с измерительного инструмента. Рабочий просто может забыть проверить размер диаметра так, как требуется. Ограничения системФункция ограничения систем складывается из, двух частей: цели и принуждающих связей. Ограничение системы является выходом органа, обозначаемого как покупатель выхода системы. Например, в военных условиях покупателем может быть тактическое или стратегическое командование, которое создаёт исходное требование к системе и ставит подлежащие выполнению условия. В деловом мире покупателем может быть заказчик, впрочем конкуренты также могут сильно влиять на цели и стандарты промышленности. Конечным покупателем правительственной деятельности неизменно является общество. Системные покупатели существуют на всех уровнях действия подсистем. Системный покупатель воздействует на выход и управление системы, как это показано на схеме рис. 2.12.
Требования к системе диктуются покупателем в форме ограничения. Ограничение преобразуется процессором (промышленностью, военными или правительственными организациями) в форму, согласующуюся с намерениями покупателя и возможностями процессора. Например, покупатель — авиалиния может обусловить крейсерскую скорость трансконтинентального варианта сверхзвукового транспорта в 1400 морских миль в час. Если при данном состоянии возможностей промышленности это выполнимо, требования включаются в технические условия и становятся свойствами конструкции. Целями покупателя могут быть изделия или обслуживание. Требования к системе могут быть установлены широко (улучшить трансконтинентальные полёты) или точно (крейсерская скорость 1400 морских миль в час). В каждом случае организация, решающая задачу, формирует цели покупателя как ограничение проблемы, состоящее из принуждающей связи (скорость) и цели (сверхзвуковой самолёт). Ограничения проблемы должны быть установлены руководителями компании для всех уровней её руководства, участвующих в определении политики компании, и для всех руководителей функциональных отделов, влияющих на достижение её целей. Организация — это средство для достижения цели при данных ограничениях 16. Операционное описание системОперационное описание определяет «как» что-нибудь делается. Данный раздел и значительная часть глав 3, 4 и 5 посвящены в основном операционному описанию систем. Это позволяет объяснить, каким образом системы действуют при установленных функциональных ограничениях. Сегодня широко принимается принцип, состоящий в том, что все живые и механические системы являются информационными системами 17. Считается, что в этих системах существенно используется обратная связь. Специалист по электронной аппаратуре принимает его как такой принцип конструирования систем, который требует, чтобы каждый переданный сигнал и каждая изданная команда имели информационную обратную связь. Обратная связь обеспечивает уверенность в том, что сигнал принят и понят и что действия выполнены предопределённым способом.
Машины выполняют функции системы полуавтоматически, а люди — сознательно. Сознательно выполняемая функция определяется как самодвижущаяся и исполняемая с намерением, а не случайно. Сознательно выполняемая функция может быть не исполнена, поскольку человек решит не действовать или пренебрежёт действием по причинам иным, чем те, которые известны под названием «свобода воли» 18. Сознательно выполняемая функция возбуждает подсистему, которая, в свою очередь, начинает действовать. Постулируется, что в системах, где человек является процессором, сознательно выполняемая функция существует в точках, отмеченных х на рис. 2.13. Конечные точки действий, порождаемых в точках х, отмечены у. Сила, возбуждающая систему, складывается из действий людей и процедурных операций, заложенных в конструкции системы. Если поставлено требование подать вход, то должно быть выполнено действие над входом х, которое доставит этот вход к процессору в точку у. Точно так же, если поставлено требование к управлению или обратной связи, энергия, необходимая для того, чтобы начался процесс подсистемы, возникнет в х и двинется к у. Постулируется, что возбуждающая сила должна действовать внутри ограничений подсистемы. Чтобы операционно рассмотреть роль обратной связи, представим себе две системы:
Понятие системных объектов используется для объяснения:
Система, которая описывает независимую исследовательскую организацию, показана на рис. 2.14. Система, описывающая клиента-потребителя независимой исследовательской организации, показана на рис. 2.15 19. Системные объекты и связи двух организаций представлены на схеме рис. 2.16. На этой схеме показано два процесса, один из которых происходит в компании, а другой — в независимой исследовательской организации. Каждый процесс имеет собственный канал обратной связи; кроме того, на каждый процесс воздействует выход и обратная связь другого процесса. Компания и её научный консультант частично объединены. Объединение состоит в комбинировании всех объектов, свойств и связей процессов систем и подсистем при ограничении, состоящем в достижении общих для объединяемых систем целей, и при данных определённых принуждающих связях.
Эти отношения компании и её научного консультанта могут быть та, кже показаны в форме последовательных связей (рис. 2.17). Чтобы дальше исследовать операционную роль обратной связи, необходимо выделить элементы процесса исследований, выполняемых компанией. В этот процесс поступают входы от независимой исследовательской организации, а также от других источников, например, от таких, как внутренние исследования конкурентов или исследования рынка. Отсюда видно, что обитая форма подсистемы, в которой объединяется вся исследовательская деятельность компании, может быть представлена схемой рис. 2.18. На этой схеме показан вход, который порождает политику компании в области исследований. Составляющие его четыре входа в систему формирования политики в области исследований являются подсистемами; они также являются входами в три другие подсистемы. Эти последние три выхода в том, что касается входа или процессора, не полностью описываются с помощью системы формирования политики в области исследований. Например, система формирования политики в области цен, используемая компанией, требует входов, показанных на схеме рис. 2.19. Не все из 9 входов этой схемы являются входами для семи выходов. Например, у системы формирования политики в области исследований нет прямого взаимодействия с подсистемами, которые формулируют план производства.
С собственно производственным процессом у неё есть только косвенная связь. Отношения обратной связи в области исследований, выполняемых компанией, могут легко становиться более сложными. Подобно «цыпленку и яйцу» каждая подсистема действует на другую непрерывным продолжающимся образом (рис. 2.20). Каждая из подсистем рис. 2.20 может быть операционно определена указанием её объектов, свойств и связей. Объектами систем, показанных на рис. 2.16 и 2.20, были входы, выходы, обратные связи и ограничения покупателя. Свойствами этих объектов являются их оценки в долларах, часах, штуках, количествах или в других количественных или качественных измерителях, приведённых на рис. 2.14, 2.15, 2.18 и 2.19.
Связи подсистем иллюстрируются рис. 2.20. В результате анализа проблемы должно быть установлено, каким образом все объекты, свойства и связи одних подсистем используются совместно с объектами, свойствами и связями других подсистем, чтобы сохранить или улучшить выполнение системой своих задач. |
|||||||||||||
Примечания: |
|||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|||||||||||||
Оглавление |
|||||||||||||
|
|||||||||||||
