Текст книги "Теория организации: учебное пособие"

Автор книги: Юрий Лапыгин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 21 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]

4.2. Модель «Черного ящика»

Определение системы, приведенное выше, довольно абстрактно и ничего не говорит о внутреннем устройстве системы, а также о связях с внешней средой.

Тем не менее в теории, да и в практике часто бывает достаточно иметь только часть информации об объекте. Например, когда мы не знаем текущего цифрового значения точного времени (проблема – незнание точного времени, цель – не опоздать куда-либо), то достаточно посмотреть на часы, не задумываясь при этом об их внутреннем устройстве и источнике поступления энергии для их работы.

В приведенном примере назначение часов (цель их существования) – показывать точное время в произвольный момент и тем самым воздействовать на внешнюю по отношению к ним среду.

Если следовать первому определению системы, то система является средством, а следовательно, существуют возможности воздействовать на это средство из внешней среды (уточнять ход, снабжать энергией, наблюдать и т. д.).

Графически отмеченные взаимодействия системы с внешней средой представлены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Модель «черного ящика»

Содержимое системы в данном случае не известно (или не представляет интереса для внешней среды), но этого достаточно для решения возникшей проблемы. Например, при употреблении таблетки анальгина не обязательно знать состав самой таблетки и представлять механизм воздействия ее компонентов на организм, а важно то, что при этом проходит головная боль.

Другими словами, важно определить, что нужно на входе в систему и что должно быть на выходе из нее, и неважно – что находится внутри системы. Поэтому приведенную модель часто называют моделью «черного ящика».

Понятие «черный ящик» было предложено У. Р. Эшби. В кибернетике оно позволяет изучать поведение систем, т. е. их реакций на разнообразные внешние воздействия, и в то же время абстрагироваться от их внутреннего устройства. Таким образом, система изучается не как совокупность взаимосвязанных элементов, а как нечто целое, взаимодействующее со средой на своих входах и выходах. Метод «черного ящика» применим в различных ситуациях.

Этот способ используется при недоступности внутренних процессов системы для исследования. Например, изучение деятельности новых лекарственных средств. Метод «черного ящика» используется при исследовании систем, все элементы и связи которых в принципе доступны, но либо многочисленны и сложны, что приводит к огромным затратам времени и средств при непосредственном изучении, либо такое изучение недопустимо по каким-либо соображениям. Примерами могут служить проверка на готовность к эксплуатации автоматической телефонной станции, которая проводится путем «прозванивания», а не непосредственно проверкой всех блоков, схем и т. д.

Исследование с помощью метода «черного ящика» заключается в том, что осуществляется предварительное наблюдение за взаимодействием системы с внешней средой и установление списка входных и выходных воздействий, среди которых выделяются существенные воздействия. Затем осуществляется выбор входов и выходов для исследования с учетом имеющихся средств воздействия на систему и средств наблюдения за ее поведением.

На следующем этапе производятся воздействие на входы системы и регистрация ее выходов. В процессе изучения наблюдатель и «черный ящик» образуют систему с обратной связью, а первичные результаты исследования – множество пар состояний входа и выхода, анализ которых позволяет установить между ними причинно-следственную связь.

В настоящее время известны два вида «черных ящиков». К первому виду относят любой «черный ящик», который может рассматриваться как автомат, называемый конечным или бесконечным. Поведение таких «черных ящиков» известно.

Ко второму виду относятся такие «черные ящики», поведение которых может быть наблюдаемо только в эксперименте. В таком случае в явной или неявной форме высказывается гипотеза о предсказуемости поведения «черного ящика» в вероятностном смысле. Без предварительной гипотезы невозможно любое обобщение или, как говорят, невозможно сделать индуктивное заключение на основе экспериментов с «черным ящиком».

Таким образом, «черный ящик» – это система, в которой входные и выходные величины известны, а внутреннее устройство ее и процессы, происходящие в ней, не известны. Можно только изучать систему по ее входам и выходам, но подобное изучение не позволяет получить полного представления о внутреннем устройстве системы, поскольку одним и тем же поведением могут обладать различные системы.

Следует подчеркнуть, что главной причиной множественности входов и выходов модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с объектами внешней среды неограниченное число раз и по разному поводу. Пример с часами можно дополнить такой информацией: часы могут иметь различные «выходы» во внешнюю среду – удобство ношения, прочность, гигиеничность, точность, красота, габариты и т. д.

4.3. Модель состава

Как определить внутреннее устройство «черного ящика», когда это необходимо?

Целостность и обособленность как внутренние свойства системы тем не менее позволяют различать ее составные части, которые в свою очередь (в зависимости от постановки проблемы) могут быть представленными составными частями и элементами.

Элементы – это те части, которые рассматриваются как неделимые. Система разделяется на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели и конкретизации в процессе анализа. Иногда изменяют принцип разбиения, выделяя другие элементы.

Части системы, состоящие более чем из одного элемента, назовем подсистемами. Деление на подсистемы выявляет взаимозависимые элементы с относительно обособленными функциями-подцелями, способствующими достижению общей цели системы. В любом случае, когда речь идет о подсистеме, имеют в виду, что выделенная совокупность сохраняет целостность системы, в отличие от группы элементов, для которых это свойство может не выполняться.

Таким образом, нетрудно представить себе модель состава системы. Например, наручные часы:

• браслет, состоящий из звеньев, защелки, элементов крепления к корпусу часов;

• часы, состоящие из часового механизма, корпуса, крышки и стекла.

Графическая модель модели состава системы представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Модель состава

Простейшими моделями состава являются всевозможные классификаторы и неупорядоченные перечни составных частей какой-либо системы.

4.4. Модель структуры

Структурой системы называется совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами. В то же время под структурой понимают образ, некоторый рисунок явления или объекта, поэтому говорят, что структура отражает закономерную картину связей элементов системы. Другими словами, структура есть множество элементов, которые взаимодействуют между собой в определенном порядке для осуществления функций системы. Структура определяет организованность системы, упорядоченность ее элементов и связей.

Как следует из определения структуры, в большей степени речь идет о связях между составными частями системы. Очевидно, что о связях между элементами системы можно говорить только после того, как определена модель состава системы, т. е. после того, как рассмотрены сами элементы.

Между реальными частями любой системы имеется невообразимое (может быть, бесконечное) количество отношений в силу бесконечности самой природы. Однако, когда мы рассматриваем некоторую совокупность объектов (частей) как систему, то из всех отношений важными, т. е. существенными, для достижения цели являются только некоторые из них. Точнее, в модель структуры системы мы включаем только конечное число связей, которые, по нашему мнению, существенны по отношению к рассматриваемой цели.

Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – значит, выявить наличие зависимостей их свойств.

Взаимодействие – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимодействия друг с другом.

В философии учение о связях – основное понятие при описании явлений и процессов в виде универсального и связанного целого. Связи фигурируют в законах причинности, единства и борьбы противоположностей, содержания и формы, сущности и явления.

Связь как понятие, входящее в любое определение системы, характеризует возникновение и сохранение целостностных свойств системы, она отражает как строение, так и правила функционирования системы.

Связи классифицируют по направленности (направленные и ненаправленные), по параметрам силы (сильные и слабые), по виду управления (подчинения и равноправные связи управления), по месту приложения (внутренние и внешние), по порядку действия (прямые и обратные).

Большое значение для организаций имеют такие типы связей, как:

 рекурсивная, т. е. причинно-следственная (связь между производительностью труда и заработной платой);

 синергическая в виде кооперативного усиления некоторого явления от совместного действия элементов, приводящая к результату, превышающему суммарный вклад изолированных элементов системы (управленческая команда единомышленников);

 циклическая в виде разновидности обратной связи (связи цикла принятия решений, например: проблема – цели – критерии достижения целей – генерирование альтернатив – выбор решения – реализация решения – проблема).

Таким образом, структура системы – это совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.

Графическая модель модели структуры приведена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Модель структурной схемы

Структурные отображения систем являются универсальными средствами их исследования и во многих случаях помогают раскрыть неопределенность.

Например, обычный слесарный молоток представляет собой определенным образом связанную рукоятку и боек. Существенными в данном случае будут отношения между рукояткой и бойком, обеспечивающие прочность (целостность) системы в процессе ее функционирования. При этом несущественным является то, из какого материала сделана рукоятка (металл, древесина или армированная пластмасса).

4.5. Модель структурной схемы

Если систему представить тремя указанными выше моделями, то мы будем иметь представление о том:

• что поступает в систему из внешней среды и что система передает во внешнюю среду;

• из каких частей и элементов состоит система;

• как части системы между собой связаны.

Существует и четвертая модель, которая объединяет три рассмотренные модели, носит название «структурная схема» и изображена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Модель структурной схемы

Подобную модель еще называют «белым, или прозрачным, ящиком» как противоположность модели «черного ящика», которая не дает информации о содержании системы и ее внутренних связях.

Таким образом, можно сформулировать второе определение системы. Система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как нечто целое.

Анализ моделей структурной схемы различных систем привел математиков к выводу о том, что общим для всех структурных схем является наличие элементов и связей между ними. В результате получилась схема, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также разница между элементами и связями. Такая схема называется графом.

В теории систем управления используются графы, имеющие линейную (а), древовидную (б), матричную (в) и сетевую (г) структуру (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Графы, соответствующие различным структурам

В линейной структуре между элементами системы устанавливается линейная (последовательная) связь.

В иерархической (древовидной) структуре, напоминающей дерево, перевернутое корнем вверх, отражаются связи, определяющие соподчиненность элементов, их иерархию. В теории организации иерархия определяет принципы эффективного функционирования различных видов систем. Иерархические структуры являются декомпозицией системы в пространстве. В теории иерархических структур выделяют особые классы многоуровневых иерархий. Они называются стратами, слоями или эшелонами. Такие иерархии обладают различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и приоритетом вмешательства высшего во взаимоотношения элементов нижележащего уровня.

Матричная структура не имеет иерархической направленности, а представляет собой в общем виде связи между элементами в виде сочетания строк и столбцов.

Сетевая структура есть представление (декомпозиция) сложной структуры во времени. Она включает вершины, пути и ребра. Сетевые элементы могут располагаться параллельно и последовательно. Они чаще всего бывают однонаправленными.

4.6. Классификация систем

В основе классификаций систем лежат определения наиболее существенных признаков или их сочетания, которые описывают некоторую общность свойств систем (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Классификация систем по сложности и детерминированности

К искусственным системам относятся системы, созданные человеком, а естественные – созданы самой природой.

Различают и такие системы, как детерминированные и вероятностные (стохастические), динамические и статические, с централизованным управлением и самоорганизующиеся.

К детерминированным относятся системы, действие которых однозначно определяется приложенным к ним воздействием (предсказуемо). В противоположность указанным системам в аналогичных условиях действие вероятностных систем случайно.

Различают также открытые и закрытые системы. Закрытые имеют фиксированные границы и относительно независимы от внешней среды (например, часы). Открытые взаимодействуют с внешней средой и приспосабливаются к ее изменениям, обмениваясь с ней ресурсами (например, живой организм).

Закрытая система характеризуется тем, что она не только игнорирует внешнее воздействие (не принимает энергию из внешней среды), но и сама не передает энергию во внешнюю среду.

Открытые системы нацелены на активное взаимодействие с внешней средой. Взаимодействие системы с внешней средой проявляется через обратную связь. Обмен ресурсами поддерживает равновесное положение системы во внешней среде.

Динамические – это системы развивающиеся, изменяющиеся во времени. Статические же системы представляют собой неподвижную модель реальной действительности, отражающие моментальное состояние какого-либо объекта.

Системы, в которых некоторый элемент (центральная подсистема) играет главную роль в ее функционировании, называются централизованными. В таких системах незначительные изменения центральной подсистемы приводят к значительным изменениям всей системы. В децентрализованных системах центральной подсистемы нет; подсистемы имеют примерно равную ценность для системы.

Табличное представление классификации систем приведено в табл. 4.2.

Классификации систем [2, 5]

Таблица 4.2

Чаще всего в процессе исследования систем используются три основных класса: абстрактные, естественные и искусственные. Первые – являются основой для эволюции научных теорий познания, в то время как вторые – для выявления закономерностей и формулирования законов природы всех явлений, третьи – применяются для развития отраслевых научных знаний.

Абстрактные – это системы теоретико-методологического характера, позволяющие описывать общие и специфические свойства организационной структуры элементов, связей и отношений в целостном образовании для познания, изучения и проектирования состояния, поведения и развития исследуемого сложного объекта в качестве системы.

К естественным принято относить те системы, которые имеют естественно-природное происхождение, а к искусственным – все остальные, которые были созданы человеком.

В зависимости от выбора критерия, по которому ведется оценка систем, может быть создано бесконечное множество классов систем. Например, если в основу классификации положить происхождение естественно существующих объектов и объектов, созданных человеком, то можно составить три класса систем: естественные, искусственные и смешанные.

Естественные системы в свою очередь могут включать подсистемы:

• живые (например, любое животное);

• неживые (например, земная кора);

• экологические (например, любой водоем);

• социальные (например, семья) и другие подсистемы.

К искусственным системам обычно относят орудия труда, машины и механизмы, автоматы и роботов.

Смешанные системы объединяют искусственные и естественные системы:

• эргономические (например, токарный станок и токарь);

• биотехнологические (например, микроорганизмы и технологическое оборудование);

• организационные (например, коллектив работников предприятия и средства производства);

• автоматизированные (например, автомат, приводимый в действие оператором).

Конечно же, каждая из перечисленных подсистем может быть представлена более детализированными подсистемами. Графическая модель приведенной классификации показана на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Классификация систем

4.7. Типы способов управления и регулирования

Задача управления системой – предупреждать ее разрушение и отклонение от эффективного достижения целей. В этом смысле управление представляет собой функцию системы, направленную на удержание (в допустимых пределах) отклонений системы от заданных целей. Но управление в этом случае должно обеспечиваться измеримостью получаемых результатов и сравнением их с заданными; возможностью корректировки управляющих воздействий; быстрым (упреждающим) изменением системы в соответствии с изменением внешней среды.

Качественные и количественные изменения, происходящие в системе, связаны с изменениями параметров системы во времени и в пространстве. Динамику изменений соотношения между состояниями входа и выхода системы называют поведением системы.

Если под управлением системы понимают процесс получения заданного результата при направленном воздействии на вход системы, то обратная связь позволяет системе самостоятельно реагировать на воздействие внешней среды и приспосабливаться к ней. В этом случае говорят, что система обладает свойством вырабатывать внутреннее воздействие и является самоуправляемой.

Самоорганизация представляет собой процесс упорядочения системы за счет взаимодействия ее составляющих. Одной из основных характеристик самоорганизации является то, что процессы, происходящие в системе, не обладают постоянной во времени структурой, изменения происходят спонтанно и лишь частично зависят от внешних воздействий.

Самоорганизующиеся системы обладают следующими свойствами:

• способностью изменять среду в своих целях;

• приспособляемостью к изменениям внешней среды;

• непредсказуемостью поведения;

• способностью к самообучению.

Классификацию по способам управления построят в зависимости от того, откуда исходит управляющее воздействие: управляется ли система самостоятельно или извне или управление является комбинированным.

Указанные подсистемы могут быть представлены подсистемами более детализированными. Например, в зависимости от степени известности траектории, приводящей к заданной цели, и возможности управляющей системы удерживать управляемую систему на заданной траектории, системы, управляемые извне, можно представить следующими подсистемами.

Управление без обратной связи. В этом случае траектория движения подсистемы известна точно, и обратная связь между управляемой и управляющей системами отсутствует. Например, пуля, выпущенная из ружья, летит по заданной траектории.

Регулирование. Применяется в том случае, когда имеется возможность возвратить систему на заданную траекторию. Например, студент, не сдавший экзамен, должен выучить материал по курсу.

Управление по параметрам. Осуществляется в том случае, когда невозможно задать траекторию движения управляемого объекта на весь период времени, поэтому требуется «поднастройка» системы. Например, управляющие воздействия водителя, который едет на машине по проселочной дороге.

Управление по структуре. Применяется в том случае, если ни один из параметров не обеспечивает определение траектории. В этом случае цель недостижима, и приходится менять структуру системы. Примером может служить неплатежеспособное предприятие, подлежащее реструктуризации.

Типология способов управления системно представлена на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Классификация типов способов управления

Схематически самоуправляемая система может быть представлена моделью, изображенной на рис. 4.9.

Переменные различают по типам. Количественные переменные могут быть дискретными, непрерывными и смешанными. Качественные – имеют формализованное описание или описание содержания.

Сами операторы систем (S и C) могут соответствовать модели «черного ящика» или модели «белого ящика». Они могут быть не параметризованными, когда S и C известны частично, или параметризованными, когда их содержание известно до параметра. Операторы также могут быть и смешанными.

Для построения самоорганизуемой системы в общем виде необходимо описать природу (происхождение), типологию и внутреннюю структуру систем С и S; рассмотреть типы переменных X, Y, Z; конкретизировать тип отображения элементов между системами S и C (т. е. определить тип оператора); рассмотреть способы управления двух систем (критерии и способы получения управляющих воздействий U) и в конце выйти на задание условий получения необходимых воздействий.

Из теории систем известно, что самоуправляемые системы для достижения цели, стоящей перед ними, изменяют во времени свои параметры (в первую очередь свою структуру) не столько в результате воздействий извне, сколько путем генерирования и реализации решений внутренними подсистемами и элементами самой системы. По существу, имеет место перебор все новых и новых моделей систем до тех пор, пока не будет найдена модель системы, обеспечивающая попадание системы в заданную целевую область.

Рис. 4.9. Общая схема функционирования систем: X – входные параметры; Y – выходные параметры; Z – описание внутренних переменных системы С; C – управляемая система; S – управляющая система; V – управляющие воздействия внешней среды; U – управляющие воздействия системы S; A₁, А₂, А₃ – сигналы; S₁, S₂ – подсистемы управляющей системы; N – нормирование