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).