Всего на сайте:
183 тыс. 477 статей

Главная | Финансы, Менеджмент

Понятие системы, Контринтуитивность  Просмотрен 207

 

Тема 2. Понятие системы

Контринтуитивность системного подхода. Понятие системы. Заинтересован-ные стороны. Функция и конструкция. Диаграмма-гамбургер. Механизм, архитектура, модульность системы. Холархии. Целевые и обеспечивающие системы, системы в эксплуатационной среде.

Прежде чем непосредственно сформулировать понятие системы, полезно рассмотреть некоторые психологические аспекты овладения данным термином.

 

Мы живем в интуитивном мире. С самого рождения начинаем многое ощущать и делать по интуиции. Например, интуитивно Земля кажется плоской, а линия горизонта представляется ее краем. Поначалу в голове не укладывается, что Земля может быть круглой, что вокруг нее что-то летает, что при достаточной начальной скорости можно оказаться на орбите. Так происходит потому, что все перечисленное противоречит врожденной интуиции – контринтуитивно. Для преодоления подобных барьеров существуют два пути. Первый – ждать момента, когда наступит внезапное озарение, и ты сам начнешь чувствовать и понимать истину. Это в основном происходило на заре человечества. Все мыслят и действуют по интуиции. Но появляется гений, который сделает что-то наоборот (в науке, технике, искусстве, …), и у него получается совершенно новый результат, намного превосходящий все что было сделано ранее. Другой путь преодоления контринтуитивности некоторого явления и его выхода на уровень сознания – планомерное обучение. В отличие от первого пути, он доступен большинству людей, а не только отдельным выдающимся индивидуумам, при этом результат достигается с гарантией и значительно быстрее. Пока некоторой дисциплине не обучают, она остается на уровне искусства и гениев.

 

В истории есть множество примеров, демонстрирующих, как некоторое знание или умение из искусства (достояния гениев) переходит в обыденность (достояние большинства). Например, арифметическая операция деления в древнем мире была доступна для понимания лишь выдающимся ученым, а в Вавилонской арифметике ее вообще не было. Сейчас же деление понимают дошкольники. Интересный путь – от искусства к науке и далее до производства прошла индустрия программирования. Если в 70-х годах за разработку компилятора присваивали степень доктора наук, то в настоящее время создать компилятор может студент. Наглядный пример представителей двух направлений – художник и архитектор-строитель. Настоящий художник ничего не делает без вдохновения. А архитектор с соответствующими способностями и образованием обязан выполнять свою работу в течение рабочего дня, по техническому заданию и в срок. При этом часто архитектор умеет рисовать не хуже. Сотрудничая с ним, можно быть уверенным в конечном результате. Генеральный конструктор (см. Лекцию 1) представляет стихийный способ овладения системным мышлением, а системный инженер – путь планомерного (и более эффективного) изучения своей дисциплины.

 

Возникает интересный вопрос: всегда ли возможно путем исследования и обучения преодолеть контринтуитивность в областях, которые давно и традиционно считаются искусством, вплоть до настоящего времени? Таких примеров тоже много, и один из них – применение йоги в космонавтике. Первые космонавты после небольшого полета долго находились в подавленном психологическом состоянии, с повышенным давлением, пульсом и другими нарушениями здоровья. Теперь же они проводят на орбите по году и после этого – никаких проблем. Почему? В их подготовку были введены восточные практики, считавшиеся ранее искусством. Взяли йогу, убрали ее религиозную составляющую и оставили только психологическую. Автор данного подхода – О.Г. Бахтияров, впоследствии создавший Институт психотехнологий. Оказалось, что подобные технологии не только улучшают психологическое состояние, но и физические показатели (кровоток, пульс, артериальное давление, нервная система). Важно, что такая «йога» не требует столь многолетнего обучения и работы над собой, как традиционная. Существуют и другие примеры, когда отказавшись от лишнего и проведя моделирование, исследователи выделяли главную составляющую и получали методологии ускоренного и более эффективного обучения, чем если это осваивается традиционно на уровне искусства (например, ушу).

 

Рассмотрим еще одно понятие из области аналитической психологии – метанойя. Это слово пришло также из религиозных практик и там соответствует покаянию. Буквально же, с учетом перевода с греческого («перемена ума», «переосмысление»), этот термин обозначает существенную перемену в восприятии фактов. Метанойя – малый вариант просветления. Данным термином можно охарактеризовать состояние человека, который преодолел контринтуитивное восприятие некоторого знания или явления, и оно укоренилось в его подсознании. Теперь этот человек мог бы передать свое новое знание (или понимание) другим людям, чтобы они достигли его с гарантией и значительно быстрее. Однако здесь может возникать обратная проблема.

Когда человек пройдет путь познания и у него наступит метанойя, ему из нового состояния мышления становится непонятным его предыдущее состояние. Трудно пройти достоверно тот же путь, чтобы адекватно научить этому других. Если человек понял, что Земля круглая, то не может представить предыдущее – как он мог считать ее плоской. Еще пример – после того как научился ездить на велосипеде, невозможно представить себя в ситуации, когда ты этого не умеешь, и понять, почему такое было. Однако сейчас речь идет не о любом процессе познания, а о таком, где новое состояние мышления изначально контринтуитивно. Интуиция подсказывает, что учат «безумию» (пока сам не начнешь понимать). Преодоление контринтуитивности дает, как правило, существенный выигрыш в развитии.

 

Контринтуитивность системной инженерии заключена, в первую очередь, в ее главном понятии – системы, поскольку оно противоречит интуиции. Все слышали это слово и многие считают, что знают его смысл. Однако с точки зрения системной инженерии его традиционное понимание абсолютно неверно. Данный термин по-настоящему (на уровне подсознания) понимают лишь системные инженеры, которые прошли состояние метанойи в смысле овладения системным мышлением. Тем не менее, человека можно этому научить и он начнет интегрировать (не владеть ими, а интегрировать) знания из многих областей в рамках единой системы. Он будет делать это достаточно быстро по сравнению с тем, как если бы дошел до этого стихийно в течение многих лет (подобно, например, типичному главному конструктору). Чтобы такое случилось и с нами, попробуем для начала разобрать понятие системы. Как уже говорилось, понятие «система» – контринтуитивное и в чем-то мистическое. В начале 2012г. развивалась дискуссия относительно этого понятия между учеными-онтологами (описателями мира в терминах) и учеными из области системной инженерии. Онтологи пытаются определить систему как «роль». Объект, выступающий в некоторой роли – это система. Например, человек, выступающий в роли лектора – это система, читающая лекцию. А инженеры говорят, что система не роль, она более физична. Ее можно потрогать (роль – нельзя), взять и т.д. По мнению представителей системной инженерии, понятие системы контринтуитивно даже для онтологов. Традиционные определения системы в различных учебниках рассматривают ее как нечто целое, состоящее из взаимодействующих частей. Это правильные интуитивные определения. Однако, как уже говорилось в Лекции 1, часто понятия имеют множественные определения, зависящие от точек зрения, с которых они рассматриваются. Вначале появилось структурное определение системы, исходящее, из ее составных частей (структуры). Далее стали давать процессное определение, т.е. на основе процессов взаимодействия частей системы. Но и такой подход оказался недостаточным для системной инженерии. В ее представлениях принято идти не внутрь системы, а наружу, то есть рассматривать, частью чего является определяемая система, и какое место она занимает в своем окружении. В этом основное противоречие интуитивному представлению. Чтобы контринтуитивное стало интуитивным (т.е. знание было передано), чтобы наступила метанойя, требуется не только сообщить информацию, нужен тренинг в практическом рассмотрении конкретных систем.

 

Для рассмотрения понятия системы потребуется еще один термин. Холон (англ. holon) – это некий объект (или явление), который, с одной стороны, есть часть чего-то целого, с другой – сам является целым по отношению к своим частям. Системный инженер смотрит на мир как на нечто, состоящее из холонов. Иерархия вложенных друг в друга холонов называется холархией. Часть – это отношение композиции, сборки. Система является холоном, обратное неверно, т.к. холон – общее, а система – более специальное понятие. Мереология – это раздел логики, который изучает классы выражений и отношений между частью и целым.

 

Система в её простейшем определении – это единство функции и конструкции. Как известно, слово «функция» имеет много различных значений – роль, процесс, объект в процессе, математическая функция и т.д. Здесь оно связано с двумя из них – поведением и назначением системы (как части надсистемы). Функция представляется функциональным объектом. Слово конструкция здесь связано со структурой и процессом (или механизмом, здесь возможны различные термины). Конструкция – это взаимодействующие физические объекты, которые являются частями системы – подсистемами.

При этом части рассматриваются именно с точки зрения их функций (а не конструкций). Согласно ISO 15288 сейчас говорят о системах в составе системы (не используя слов «надсистема» и «подсистема»). Дуализм систем перекликается с другими дуализмами и плюрализмами (как масса-энергия в физике или, более, троица в христианстве – вот и мистика).

 

Функция системы (назначение: что от нее требуется с точки зрения надсистемы) описывается требованиями. Требования определяются заинтересованными сторонами. Архитектура системы – это принципы организации, связывающие функцию и конструкцию: как конструкция системы работает, чтобы выдать ее функцию, т.е. функция обеспечивается конструкцией. В рамках архитектуры системный инженер разбивает систему на подсистемы, и между подсистемами определяет интерфейсы (точнее, между их функциональными частями). Таким образом, говоря о взаимодействии, имеют в виду функции, а говоря о разделении на части, подразумевают конструкцию. Части называются по их функциям. Подчеркнем еще раз, конструкции частей формируют конструкцию целого, но обсуждаются части только в терминах их функций. Например, целое – стол. Если говорят о части – столешнице, то, очевидно, имеют в виду функцию этой части, а не конструкцию. О системе всегда говорят в терминах ее функций, и систему как таковую задает не конструкция, а функция и интерфейсы. У функции главное – назначение, связанное с поведением.

 

Архитектор разрабатывает архитектуру и отражает её в архитектурном описании. Оно служит далее основой для выдачи заданий инженерам по специальности, системным инженерам подсистем, чтобы те могли изготовить саму систему, воплотить замысел в реальности. Даже если архитектурное описание еще не составлено, сама архитектура (как основные принципы организации) у системы есть всегда. Подчеркнем, принципы не структуры, а именно организации. Например, у крупнейшей системы – Интернета – есть организация, а структуры нет, никто не знает, какова она. Люди сами к ней присоединяются, отсоединяются, Интернет-операторы появляются и банкротятся. Там все как-то сосуществует, можно рассказать про организацию, про ее принципы (они прописаны в стандартах), а про структуру Интернета – нет. В той мере, в которой архитектура объясняет, как из конструкции и механизмов появляется функция, она есть у любой системы. Ее можно восстановить, но разные люди по-разному оценивают функцию, конструкцию, и соответственно по-разному могут восстановить архитектуру.

 

 

Вим Гилинг (Wim Gielingh) предложил для изучения систем модель (диаграмму) «гамбургера», которая показывает декомпозицию системы с учётом единства функции-конструкции. Рассмотрим ее в упрощенном варианте. Элемент такой диаграммы подобно гамбургеру состоит из верхней половины – слота (для функции) и нижней – модуля (для конструкции), между ними – зазор. Это холон, потому что такая система (точнее – ее конструкция) имеет части, которые изображаются аналогичными гамбургерами, а также надсистему. Систему задает функция, а не конструкция. Если функция понята, то далее начинают рассматриваться вопросы, связанные с ее конструкцией, то есть обеспечением функции. И так на несколько уровней вверх и вниз. Приведенная диаграмма гамбургера – это лишь азы системного подхода. Любая система – холон, и системный инженер смотрит на мир как на холархию. При этом особое внимание уделяется совмещению функционального и конструктивного рассмотрения, интерфейсам и подсистемам (вверх и вниз по холархии). Функциональные иерархии связаны с конструктивными в каждой точке диаграммы. Эту связь обеспечивает понятие модуля. Модуль – это то, что можно вынуть и заменить. Модуль поменялся, и система все так же работает.

 

Представленная диаграмма отражает «картину мира» с точки зрения системной инженерии. Существуют и другие «картины» (например, в САПР), где могут быть приняты другие соотношения между функциями и конструкциями, понятие функции может рассматриваться в других значениях этого слова, да и под системой может подразумеваться что-то другое.

 

Различают несколько видов систем. Есть обеспечивающие (enabling system) и целевые системы (system of interest). Целевая – это основная система, которая создается в рамках данного проекта. Обеспечивающая – система, создающая и поддерживающая целевую систему. Системы в эксплуатационной среде (или в операционном окружении) – это системы, функционирующие в контексте использования целевой системы. Если, например, запускается целевая система «космический корабль», то солнечная система – это система в операционном окружении этого корабля. Ее можно описать, как и любую другую систему. На гамбургер-диаграмме системы в операционном окружении связаны интерфейсами с целевой системой. Любая система проявляется в мире своим поведением, и это поведение часто называют сервисом. Некоторые специалисты (особенно в ИТ) рассматривают мир как сервисы. Однако создается не сам сервис, а система, которая его предоставляет. Поэтому рассмотрение мира как набора сервисов – не более чем дуализм.

 

Наша цивилизация устроена так, что мы интуитивно думаем о любом объекте в терминах его конструкции.

Поэтому мышление системного инженера поначалу представляется парадоксальным. Он работает в мире, который отличается от общепринятого мира. Он разбивает мир на части, выделяя в нем системы. Почему «выделяет» и что такое система для системного инженера? Например, в компьютерных редакторах есть функция «выделить прямоугольником» (select), после нее можно выполнить некоторую операцию над выделенными элементами. Как сделать select в сложном мире? Где там можно обозначить границы рассматриваемого? Как называется то, что в этих границах? Таким объектом является система – то, что в своей деятельности рассматривает заинтересованная сторона. Например, система из рядом стоящих столов, система ремонта здания, система учебного процесса. Выделяются некоторые объекты и далее суть «системных рельсов» заключена в следующем. На первом уровне рассмотрения в выбранном множестве объектов выделяют функцию. При этом говорят, из каких соображений это выбрано (то есть каковы границы и что там будет снаружи – в диаграмме наверх), какова его (выбранного) роль в бытии, с какой целью выбрано. Далее, как только предыдущие вопросы выяснены, разбираются с конструкцией. Порядок рассмотрения всегда таков, поскольку система задается функционально, а не конструктивно. У системного инженера с практикой вырабатывается автоматизм выхода на функцию и первоначального поворота наверх. Это есть коренное, что приносит системный подход.

 

Предположим, обнаружено что-то, чья функция даже неизвестна. Например, какой-то кабельный провод торчит из пола. Первое, что делают при описании, выделяют его (это система) и задаются вопросами: зачем он здесь торчит, какова его функция, частью какой системы он является, почему его решено выделить? Ответы на эти вопросы весьма важны. Если, например, наблюдатель электрик, он будет смотреть на провод с одной точки зрения, если лектор – его могут заинтересовать другие аспекты, связанные с этим кабелем. Всегда есть различные люди, которые выделяют систему – деятели, которые относятся к реальности и связаны с этой системой (заинтересованная сторона). Вполне возможно, что еще какие-то деятели сосредоточены внутри выделенной системы, поскольку это холон. И когда говорят «система» (например, кафедра), при этом в первую очередь выделяют функцию. И когда говорят «часть системы», то называют ее не по конструкции, а по функции. Например, о кафедре можно говорить не как о комнате, а о системе для преподавания. Следует заметить, что один и тот же объект может входить в различные холархии, расходящиеся по функциональным направлениям в различные стороны. Например, кафедра как комната и она же как система для преподавания. Данное обстоятельство означает, что иерархия системы не обязательно имеет вид (математического) дерева, ее топология более сложна.

 

Следует отметить еще одну важную аналогию между системной инженерией и технологией создания компьютерных программ. С одной стороны – преимущественное рассмотрение функциональной составляющей перед конструктивной, с другой – нисходящее проектирование программных модулей или классов. Налицо общий принцип: cначала – интерфейсы и только потом – реализация.

 

Высказываются мнения, что в мире с точки зрения его устройства существует не так много онтологий. Буддизм предлагает одну картину мира, христианство другую, язычники дают свои ответы. Таким образом, есть версии религиозного устройства мира, а светскую онтологию создать еще не успели. Ответы на вопросы, какие есть объекты в мире, из чего состоит мир, вообще говоря, никто окончательно пока не дает. В качестве гипотезы можно принять системный подход – рассмотрение мира как взаимосвязанных систем, которые определяются достаточно произвольным образом, в зависимости от чьих-то потребностей. Всегда есть стейкхолдеры, которые как-то относятся к этим системам, потому что если некому выделить систему, то ее и нет. Всегда есть кто-то, кто спрашивает («есть ли жизнь на Марсе?»), и он спрашивает для чего-то, заметим, для какого-то действия. Осмысление вопроса задает направленность ответов. У стейкхолдера есть какой-то собственный интерес – concern (интерес, озабоченность). Он хочет привести себя в состояние более спокойное. Для этого он что-то совершает в окружающем мире. Выделяет объекты, то есть систему, потому что они взаимосвязаны. Он понимает, что у этих объектов есть какое-то назначение. Он может считать, что это назначение – с точки зрения кого-то или с точки зрения его самого. В этих системах выделяются надсистемы и подсистемы. Так может быть сформирована светская онтология устройства мира.

 

Рассмотрим «гамбургер» еще раз. Нарисуем в нем «мясо» – шестиугольник. Пусть есть функция (ее слот). Предположим, что рассматриваются различные модули, которые могут заполнить слот. Тогда на диаграмме для иллюстрации можно ниже прикрепить несколько конструкций. Как читать такой «гамбургер»? Системный инженер может сказать: у меня есть система (мел), взаимодействующая с системой доски (должен чертить).

Мел может быть пластиковым, известняковым, одного или другого производителя, круглым или квадратным. То есть имеются варианты конструкций – различные модули. Система является тем местом, которое можно менять в плане конструкции, но при этом она остается той же системой. Другими словами, для реализации одной и той же функции могут быть предложены различные конструкции, и их можно менять без ущерба для функции. Можно поменять кусочек мела и продолжать говорить, что это мел (как система он работает так же – его функция та же). Конструкцию можно менять и тогда, когда ее еще нет. Это и есть «гамбургер» с несколькими вариантами конструкций. При реализации системы из нескольких вариантов конструкции выбирается один и далее можно рассматривать пару (функция, конструкция).

Имеет ли смысл рисовать схему наоборот, то есть показывать варианты функций? Ведь можно съесть кусочек мела (если в организме кальция мало) – это будет другая функция при той же конструкции. По-видимому, большого смысла нет, ведь система задается функцией. И вариантов функции быть не может – тогда это разные системы. Тем не менее, теоретически одна и та же конструкция может поддерживать различные функции.

Каким образом создаются реальные системы? Теоретически тем, что существуют громадные деревья подобных диаграмм. Велись и ведутся дискуссии на тему, как совмещать конструкцию с функцией, как задавать эту семантику для компьютера. Есть два основных решения. Первое утверждает, что конструкция – физический объект, разбитый на физические части. А функция (роль) – это нечто нематериальное, приписанное конструкции. Большинство онтологов поддерживают такую интерпретацию. Вторая точка зрения рассматривает в качестве первичной функцию и считает, что она физична. Второй путь поддерживают инженеры. Как можно интерпретировать придуманную функцию физически? Для этого в качестве теоретической базы, например, привлекается 4D extensionalism (время как одно из измерений пространственно-временного экстента).

Экстент – это место существования. Согласно точке зрения данной теории, функция системы – это функциональный объект, а конструкция – физический объект. Система представляется парой объектов – функциональным и физическим. И оба они – физические. В теории 4D extensionalism говорится, что если два объекта занимают один и тот же пространственно-временной экстент (пересекаются), то это один и тот же объект. Это означает, что формально функциональный объект и конструктивный объект совпадают. Изображается данный факт на специальных пространственно-временных диаграммах. При совпадении в экстенте осуществляется единство (install – установка), и конструкция выполняет функцию. Затем, когда элемент конструкции ломается (выходит из строя), происходит демонтаж и модуль заменяется другим. Важный момент: при изъятии модуля система остается сама собой. Просто некоторое функциональное место временно не заполнено. При изъятии всей системы она прекращает свое существование. Если ее начнут использовать по другому назначению, она становится другой системой.

 

Таким образом, есть понятие системы, состоящей из двух элементов (функционального и конструктивного). В разных школах они интерпретируются по-разному. В школе, основанной на 4D-экстенционализме, оба считаются физическими (но есть различные течения и в рамках этой школы). И в определенные моменты времени эти объекты совпадают, в другие моменты – они различны. В тот момент, когда деталь не установлена – соответствующий ей функциональный объект в системе существует, а конструктивный – нет.

 

Диаграмма гамбургера интересна еще тем, что она лежит в основе современных систем автоматизации проектирования (САПР) и систем управления жизненным циклом. Это язык, на котором можно описывать сложно устроенный мир. И это один из наиболее компактных языков, т.е. близок к научному. Примерно так сейчас кодируют в компьютере модель мира. Благодаря усилиям Вима Гилинга, который впервые нарисовал такую диаграмму и затем обратился в различные комитеты по стандартизации, такое устройство инженерного мира внутри компьютера принято и стандартизовано. Однако модель в этих стандартах упрощена и 4D-экстенционализма в них нет. Многие инженеры (не только системные) пользуются таким пониманием систем, иногда и неосознанно.

 

Подведем итоги. Мышление системного инженера определяется следующими составляющими: дуализм (функция и конструкция), преобладание функционального рассмотрения над конструктивным, детальное конструктивное рассмотрение для одной функции, возможность использования разных конструкций для обеспечения функции, возможность использования одной и той же конструкции для обеспечения разных функций, неограниченная иерархия сверху вниз и снизу вверх, возможность делегировать части системы другим коллективам, с тем чтобы потом собрать их, вопреки архитектуре. Вопреки, потому что архитектурой определяется двойственность, между половинками «гамбургера» – зазор, и никакого единства нет, и система – это две половинки, о которых можно думать раздельно. Перечисленное выше образует мышление системного инженера, причем его маленькую часть, поскольку мы еще не касались жизненного цикла систем, процессов и еще ряда основных положений системной инженерии. Это пока лишь начальная попытка показать, как смотрит на мир системный инженер, как ему удается охватить единым взглядом целый корабль и отдельный винтик. – Именно сложными диаграммами, которые он «прокручивает» в голове, постепенно, уровень за уровнем. При этом используются обычные операции обхода дерева, выборки и т.д.

Предыдущая статья:Дисциплина системной инженерии и роль системного инженера Следующая статья:Понятие жизненного цикла
page speed (0.0129 sec, direct)