Модель «черного ящика»: структурная схема

Модель «черного ящика», примеры которой будут приведены далее, представляет собой иллюстрацию объекта, для которого заданы выход и вход. При этом его содержимое неизвестно. Рассмотрим далее, как построить модель «черного ящика».

Первый этап

В качестве исходного действия, необходимого для составления модели абсолютно любой системы, выступает отделение объекта от окружающей его среды. Эта простейшая операция отражает два важнейших свойства: обособленность и целостность предмета. Объектом исследования является некий объект, содержимое которого неизвестно.

Взаимодействия со средой

Любая модель состава системы не является полностью изолированной. Она поддерживает с окружающей средой определенные связи. С их помощью происходит взаимное воздействие объекта и условий, в которых он находится. Соответственно, при выстраивании модели «черного ящика» на следующем этапе связи изображаются стрелками и описываются словами. Те, которые направлены в среду, являются выходами. Соответственно, обратные стрелки будут входами.

На этом уровне представления системы исследователь имеет дело с декларативной моделью. То есть выходы и входы определяются по шкале наименований. Как правило, достаточно такого отображения. Однако в ряде случаев необходимо дать количественное описание некоторых либо всех выходов и входов.

Множества

Они задаются для того, чтобы модель «черного ящика» была максимально формализована. В результате исследователь приходит к заданию 2 множеств Y и Х выходных и входных переменных. При этом никакие отношения между ними на данном этапе не фиксируются. В противном случае получится модель прозрачного, а не «черного ящика». Так, для телевизора множеством Х могут являться предельные диапазоны сетевого напряжения и радиоволн трансляции.

Модель «черного ящика»: системный анализ

На заключительном этапе исследуются и отражаются изменения объекта. К примеру, они могут происходить в течение определенного времени. То есть исследователь иллюстрирует состояние объекта в динамике. Описание модели «черного ящика» должно показывать соответствия, во-первых, компонентов множества Х вероятных величин входных параметров и элементов упорядоченного Т-множества временных отрезков. Кроме этого, должно быть отображено аналогичное соотношение для выходных показателей.

Специфика

Ключевым достоинством рассматриваемого объекта выступает его простота. Между тем, она во многих случаях весьма обманчива. Достаточно часто перечисление выходов и входов представляет собой довольно сложную задачу. Если рассмотреть автомобиль как модель типа «черный ящик», то этот вывод подтвердится. Мощность множеств при исследовании этого объекта превысит два десятка. При этом перечень параметров будет далеко не полным.

Такая множественность выходов и входов обуславливается неограниченностью вариантов взаимодействия рассматриваемого предмета со средой.

Нюансы

Структурная модель системы применяется в тех случаях, когда нужно иллюстрировать сложный объект, в котором содержится несколько элементов. В простейших ситуациях в ней присутствует набор компонентов. Все они включены в сам объект. В этих случаях применяется понятие «модель состава системы».

Между тем, существует ряд вопросов, которые нельзя решить с ее помощью. В частности, чтобы собрать велосипед, недостаточно наличия ящика со всеми его элементами. Нужно знать, как правильно их соединить друг с другом. Очевидно, что только лишь модель состава системы в этом случае не поможет. Более того, в ряде случаев необходимо установить между компонентами определенные связи. Их характер показывает структурная схема. Она дает возможность решить больше задач. Структурная схема отвечает на вопросы: «Что входит в объект и каковы связи между его элементами?»

Пояснения

Особое значение для человека имеют наглядные визуальные образы. Используемое на практике определение системы не характеризует ее внутреннее устройство. Это позволяет выделить ее из среды. При этом она будет изображаться как модель «черного ящика» – целостный и относительно обособленный предмет. Достигнутая цель представляет собой заранее запланированные изменения в среде, определенные продукты работы объекта, предназначенные для потребления вне его. Другими словами, модель черного ящика устанавливает определенные связи и влияет на внешние условия. Как выше было сказано, они являются выходами.

Вместе с этим система выступает как средство. Поэтому необходимы возможности для ее применения, воздействия на нее. Соответственно, устанавливаются связи из среды в объект – входы. Использование модели «черный ящик» позволяет изучить только взаимодействие предмета и среды. В ней отображаются только входные и выходные параметры. При этом в ней даже отсутствуют границы между средой и объектом (стенки ящика). Они только подразумеваются, считаются существующими.

Модель «черного ящика»: примеры

Как говорилось выше, иногда достаточно словесного содержательного отображения выходов и входов. В этом случае модель черного ящика будет являться их перечнем. Так, для телевизора отображение связей будет следующим:

1. Входы – кабель питания, антенна, элементы настройки и управления.
2. Выходы – экран и динамики.

В других ситуациях может потребоваться количественное отображение связей.

Возьмем другую систему – наручные часы. Следует принять во внимание, что выходы направлены на конкретизацию цели. Соответственно, в качестве одного из них можно зафиксировать показание времени в какой-либо произвольный момент. Далее следует учесть, что выраженная цель относится в целом ко всем часам, а не только к взятым наручным. Для их дифференциации можно внести следующее добавление – удобство ношения на запястье. Оно будет выступать в качестве входа. С этим добавлением возникает необходимость браслета или ремешка. С ним, в свою очередь, появляется обязательность удовлетворения правилам гигиены (выход), поскольку не каждое крепление допустимо на руке. Затем, если представить условия, в которых эксплуатируются часы, можно ввести еще несколько параметров: пылевлагонепроницаемость, прочность. Дополнительно можно применить еще два выхода. Ими будут точность, необходимая в повседневной жизни, а также доступность информации на циферблате для прочтения при беглом взгляде. В процессе исследования можно добавить еще несколько требований к часам. Например, вводятся такие выходы, как соответствие моде, соотношение цены с покупательской способностью потребителя.

Вполне очевидно, что этот перечень можно продолжать. В него допустимо включить требование о прочтении информации с циферблата в темноте. Реализация его приведет к значительному изменению конструкции. В ней могут предусматриваться, например, разные варианты самосвечения, считывания на ощупь, подсветки, подачи сигналов и пр.

Характеристика хозяйствующего общества

Рассмотрим специфику построения модели на примере предприятия. Стоит сразу сказать, что ее создание базируется на выделении из бесконечного множества взаимодействий такого их набора, который адекватно отражал бы цель исследования. Безусловно, такую модель не следует сводить к моносистеме. То есть к такому объекту, у которого есть только по одному входу и выходу.

Модель «черный ящик» рассматривает организацию как систему связей предприятия с окружающей средой. При анализе для обоснования достаточного и необходимого набора параметров множеств выходов и входов широко применяются приемы математической статистики. Зачастую к процессу привлекаются и опытные эксперты.

Что касается отношений компании и окружающей среды, то здесь следует дать несколько пояснений. В первую очередь для ведения производственной деятельности необходим капитал. Он может быть представлен в форме заемных средств или собственных акций фирмы. За счет ликвидных активов предприятие получает возможность задействовать в процессе производственные факторы. Ими, как известно, являются материалы, оборудование и прочие ресурсы, которые преобразуются в готовую продукцию.

Еще одна связь с окружающей средой выражена в процессе сбыта изделий. Реализация продукции дает предприятию средства, которые, в свою очередь, направляются на погашение задолженностей, оплату труда и так далее. На заемные средства начисляются проценты. Они уплачиваются кредитной организации. Кроме этого, компания отчисляет обязательные платежи в бюджет. Вместе с этим, государство предоставляет фирме дотации.

Практическое значение

Зачастую модель «черного ящика» является не только весьма полезной, но и единственно доступной для использования при исследовании. К примеру, при анализе психических процессов в организме человека либо влияния медикаментов на пациента специалисты могут вмешиваться во внутренние процессы только через входы. Соответственно, выводы делаются на основании исследования выходов.

В целом данное положение относится к таким наблюдениям, в результате которых необходимо получить сведения о системе в привычных для нее условиях, в обстановке, где нужно особенно заботиться о том, чтобы процесс измерения оказывал минимальное на нее воздействие.

Применение такого «непрозрачного» объекта обуславливается также тем, что у исследователя нет информации о внутреннем его устройстве. В частности, неизвестно, как устроен электрон. Но установлено, как он взаимодействует с магнитным, гравитационным, электрическим полями. Такая характеристика и есть описание электрона по принципу модели «черного ящика».

Дополнительно

Необходимо отметить еще одно важное явление. Рассматриваемая модель уже структурирована. В ней известно, относится ли связь к категории выходов или входов. Между тем, на начальных этапах исследования и эти сведения могут отсутствовать. Исследователь имеет возможность выделить определенную связь объекта со средой, наблюдать и измерять какой-либо параметр, по которому она характеризуется. Однако при этом не будет достаточно оснований безусловно установить ее направленность.

В таких ситуациях целесообразно исследовать два конкурирующих черных ящика. В одном связь будет рассматриваться как вход, в другом, соответственно, как выход. В качестве примера может выступать исследование процессов, для которых не установлено, какой является следствием, а какой – причиной, или вообще относится ли их связь к категории причинно-следственных.

Критерии выбора

Множественность выходов и входов обуславливается неограниченным количеством взаимодействий между объектом и средой. При выстраивании модели выбирается определенный набор связей, которые будут включены в перечень выходов и входов. В качестве критерия в таком случае выступает целевое назначение объекта, существенность взаимодействия относительно цели.

Соответственно, выбор делается следующим образом. Все, что существенно, включается в модель, а все, что таковым не является, – исключается из нее. Однако именно на этом этапе могут быть допущены ошибки. Тот факт, что в модели не учитывается определенный набор связей, не делает их нереальными. Они в любом случае существуют и действуют вне зависимости от воли исследователя, делающего выбор.

Зачастую оказывается, что представлявшиеся ранее неизвестными или несущественными условия на самом деле очень важны и должны быть учтены. Особое значение данный момент имеет при определении цели системы. При установлении выходов объекта основную задачу приходится дополнять вспомогательными проблемами. Следует подчеркнуть, что исполнения только ключевой цели будет недостаточно. При этом нереализация дополнительных задач может сделать в одних случаях ненужным, в других – опасным — решение основной проблемы.

На данный момент необходимо обратить особое внимание, поскольку на практике зачастую обнаруживается непонимание, незнание либо недооценка значения этого положения. В действительности же оно выступает в качестве одной из центральных идей системологии.

Заключение

Модель непрозрачного (черного) ящика считается самой простой в системологии. Между тем, при ее создании зачастую возникают разнообразные сложности. Они обуславливаются главным образом многообразием возможных вариантов установления связей между объектом и средой, в которой он расположен. При использовании модели необходимо учитывать разнообразные факторы, четко определять конечные и дополнительные цели. Исполнение последних зачастую крайне важно для получения запланированных результатов наблюдения.

Секрет «черного ящика»: зачем следить за автомобилями

Правительство РФ поддержало идею установки с 2020 г. во все новые автомобили «черных ящиков», которые будут фиксировать, сохранять и передавать информацию о движении транспорта по сигналам ГЛОНАСС. Вице-премьер Аркадий Дворкович уже распорядился создать межведомственную рабочую группу для подготовки необходимой законодательной базы.

Предложение о создании «Единой государственной среды передачи навигационной информации, получаемой от тахографов и иных технических устройств с измерительными функциями» (ЕГСНИ), было озвучено на совещании у вице-премьера Дмитрия Рогозина в начале октября. Как говорится в тексте протокола, ЕГСНИ можно применять также и «для фиксации нарушений ПДД и привлечения нарушителей к административной ответственности». Редакция Autonews.ru ответила на самые важные вопросы о «черных ящиках» для автомобилей.

С чего все началось

Впервые о необходимости установки бортовых самописцев в автомобили заговорили в 2012 году. Тогда Минтранс обратился к правительству с просьбой проработать возможность интеграции «черных ящиков» в бортовую систему машин «к 2015-2016 году». Вопрос был отложен из-за нестабильной экономической ситуации. Представители Минтранса признавали, что реализацию инициативы сдерживали не только экономические факторы, но и отсутствие государственных стандартов, регулирующих возможности использования «черных ящиков» и право доступа к зафиксированной ими информации. В частности, эксперты говорили о том, что на законодательном уровне должно быть четко прописано, какие параметры может фиксировать самописец, в каких случаях можно использовать информацию и кто может иметь к ней доступ.

Что у них внутри и как они работают

Скорее всего, «черный ящик» будет работать от электросети автомобиля, плюс будет иметь резервный источник питания. Программный код устройства должен быть серьезно защищен от взлома. Самописец должен записывать данные, полученные с датчиков ускорения, проскальзывания колес, двигателя, других систем автомобиля, а также фиксировать даже разговоры пассажиров.

К примеру, в 96% новых автомобилей в США, по информации NHTSA, уже используется технология EDR (Event Data Recorder), которую и называют «черным ящиком». Это электронный чип, который перезаписывает непрерывный цикл информации, поступающий из всевозможных датчиков и управляющих модулей машины. В случае ДТП, EDR оставляет данные за пять секунд до аварии и секунду после нее. Таким образом удается понять, с какой скоростью двигалась машина, работали ли тормоза, через какое время выстрелили подушки безопасности, были ли пристегнуты ремни. Получить все эти сведения можно только подключив к автомобилю специальное считывающее устройство. Благодаря этой технологии можно воссоздать картину аварии максимально подробно. Более очевидная польза – возможность максимально быстро среагировать на аварию.

Не противоречит ли это закону

Главный вопрос к «черным ящикам» с юридической точки зрения – тотальный контроль над каждым автовладельцем, что затрагивает права и свободы граждан – основы Конституции России. Ровно об этом же в свое время спорили в Америке. Так, например, сбор данных с машин, на которых эти устройства были установлены еще на заводе, по заявлениям представителей компаний, в США мог осуществляться только с разрешения владельца транспортного средства.

С другой стороны, в тексте протокола по итогам совещания у Рогозина отмечено, что ЕГСНИ можно применять также и «для фиксации нарушений ПДД и привлечения нарушителей к административной ответственности». Соответственно, о разрешении речь, скорее всего, не идет. Вероятно, рабочей группе придется отдельно заняться юридической составляющей.

Чем опасны самописцы на борту автомобиля

Кроме возможного нарушения Конституции, автомобилистов волнуют еще два вопроса. Первый – то, что данными с «черных ящиков» могут пользоваться страховые компании, которые начнут собирать информацию о том, как ездит водитель, и регулировать в зависимости от этого тарифы на страховку.

Второй – возможное попадание данных к мошенникам. Маршрут перемещения, записи разговоров в автомобиле и так далее – все это можно использовать против владельца машины.

Чем отличается «черный ящик» в автомобиле и в самолете

Если в авиации к аварии чаще приводит отказ тех или иных систем, то в автомобиле – человеческий фактор. Соответственно, в записи самолетного разговора есть большой смысл, тогда как важность автомобильного не так очевидна.

«Черный ящик» в самолете – система регистрации и записи данных о техническом состоянии воздушного судна, показаниях измерительных приборов, запись переговоров экипажа. Устройство помещается в очень прочный короб из термоустойчивых титановых сплавов. Едва ли автомобильные самописцы будут столь же устойчивы к внешним воздействиям.