Методология систем

Расхожая мысль об усложнении жизни, увы, находит повседневное подтверждение. За что бы мы ни взялись, от нас требуются новые знания, умение, навыки. Принимать правильные решения есть высшая, недосягаемая мудрость жизни, потому что ошибаться свойственно не только молодости, но и зрелости. Однако существует свод правил, законов, объединенных в единую концепцию, которые хоть и не дают ответов, но позволяют правильно сформулировать задачу, а это, как говорят оптимисты-математики, уже 50% вероятности успеха ее решения.

Расхожая мысль об усложнении жизни, увы, находит повседневное подтверждение. За что бы мы ни взялись, от нас требуются новые знания, умение, навыки. Если вы попытаетесь самостоятельно изучить устройство компьютера, то на вас обрушится лавина новых понятий, не имеющих аналогов в вашей докомпьютерной жизни. Вообще, умелое применение современных бытовых приборов и систем требует знания основ физики, механики, электротехники. И это вовсе не от злой воли изготовителей, которые, наоборот, всячески стремятся облегчить процесс эксплуатации, сделать пользование вещью доступным и приятным, для чего и составляют подробнейшие инструкции. Дело в том, что техника приобрела качество многофункциональности, она многое может и грех было бы не использовать эти ее ценные свойства.

Существенно осложняет жизнь современного человека разросшееся число связей, которыми он оказался опутан, как Гулливер в стране лилипутов. Кроме традиционных семейных и родственных связей, каждый из нас должен заботиться и поддерживать в работоспособном состоянии контакты с друзьями и соседями, с деловыми партнерами, которым иногда несть числа, с финансовыми организациями, со службой быта и медициной..., да и «с собачкой дворника, чтоб ласкова была» не вредно быть в хороших отношениях. Такая ситуация не есть следствие нашей безразмерной широты души, а результат сложно структурированной среды обитания каждого, которая требует постоянного взаимодействия с ней для создания комфортных условий собственного существования.

Связи современного человека имеют огромную причинную протяженность: на Солнце вырос протуберанец, что повлекло за собой изменение магнитного поля Земли, а магнитная буря привела к вашему недомоганию. Подобные связи проявляются в самых разнообразных сферах. Так, потрясения на далекой бирже заставляют правительство России срочно принимать меры по защите курса рубля.

Характерной особенностью сегодняшней жизни стала участившаяся необходимость принимать решения: от бытовых (починить испортившуюся вещь или выкинуть и купить новую или вообще отказаться от нее) до жизненно важных (где работать и какие новые знания нужны для этого; куда вложить сбережения; какое воспитание и образование дать ребенку, чтобы он был адаптирован к будущей жизни). Причиной этому является расширяющийся спектр возможностей, многоальтернативность нашего бытия, объясняющаяся в конечном итоге сложностью устройства общества и государства со всеми его надстроечными образованиями.

Принимать правильные решения есть высшая, недосягаемая мудрость жизни, потому что ошибаться свойственно не только молодости, но и зрелости. Однако существует свод правил, законов, объединенных в единую концепцию, которые хоть и не дают ответов, но позволяют правильно сформулировать задачу, а это, как говорят оптимисты-математики, уже 50% вероятности успеха ее решения. Суть указанного подхода базируется на необходимости глубоко вникнуть в ситуацию, познать явление, относительно которого требуется принять решение. Эта, казалось бы достаточно тривиальная мысль, тем не менее имеет большую практическую значимость ввиду подведенного под нее теоретического фундамента.

Итак, некоторые выделенные сложности современного бытия требуют ответов на, как минимум, два вопроса: 1) можно ли ожидать «упрощения жизни» по мере развития цивилизации? и 2) нельзя ли сформулировать какие-либо рекомендации по преодолению трудностей? Представляется, что на первый вопрос человечество получит отрицательный ответ. Ответ на второй вопрос вселяет больший оптимизм.

Предлагаемая публикация, по замыслу, и представляет попытку трактовать широкий класс явлений как сложные системы, осмыслить эти задачи и продемонстрировать возможности ее практического применения. Итак, вперед, любопытствующий читатель, и мы постараемся вложить Вам в руки нить Ариадны, превратив ее в удобную и прочную связь, чтобы Вы не запутались в лабиринте новых знаний, на Вас ненароком не рухнуло новое понятие или Вы не провалились в трещину непознаваемости. Получив новые сведения и систематизируя имеющиеся, Вы приобретете культуру мышления, сможете лучше адаптироваться к окружающему миру, с меньшим трудом прокладывать свой неповторимый жизненный путь, а мы попытаемся сделать Ваше путешествие неутомительным и интересным.

Советы

1. Если вы создаете систему в неорганизованной, неподготовленной для ее существования среде, в вашем распоряжении два пути. Во-первых, можно преобразовать среду, превратив ее в организованную, способную воспринять новую систему. Во-вторых, можно начать сеять «зубы дракона», которые, прорастая, послужат Вам элементами будущей системы. Требуется лишь внимательно следить за их ростом, корректируя трансформации его в нужном направлении, как умелый садовник формирует крону дерева. Постепенно устанавливая связи между элементами и наполняя их материальными сигналами, вы обретете желаемое. Первый путь сопряжен с большими затратами на реорганизацию среды, а второй требует повышенного расхода времени.

2. Конструируя систему, позаботьтесь о достижении ее замкнутости, даже если вашей целью является ее воздействие на большое пространство среды. Отсутствие границы не гарантирует наличие хороших связей со средой, но размывает систему и делает ее плохо управляемой. Кроме того, в этом случае можно быть уверенным в появлении неконтролируемых информационных каналов, способствующих утечке конфиденциальной информации.

3. Если вы чувствуете приближение кризиса (бифуркации), отнеситесь очень внимательно к развитию событий и постарайтесь предугадать их ход. Соберите консилиум из лучших специалистов и попытайтесь критично отнестись к их советам, так как никто лучше вас не знает вашу систему, а специалисты руководствуются аналогиями из своего прошлого опыта. попытайтесь восстановить для системы добифуркационные условия или создайте новые, отвечающие обстановке.

4. Наиболее эффективным способом разрушения противостоящей системы является ее дестабилизация, т.е. нарушение устойчивости. В неустойчивом состоянии нельзя прогнозировать динамику процессов в системе, система становится неуправляемой, состояние не поддается измерениям и конечном итоге система разрушается путем потери целостности. О последующем изучении речь может идти только при устойчивом состоянии подсистем, на которые распалась исходная структура.

5. Движение является самым информативным показателем при анализе системы. Наблюдение за движением системы, за изменением состояния предоставляет исследователю чрезвычайно ценную информацию, так как позволяет прогнозировать ее развитие. Рассмотренный подход полностью применим для формализуемых систем. Для систем, динамика которых не описывается в математических терминах, приходится довольствоваться общими соображениями. При их формулировке надо принимать во внимание главный конечный результат: синтез управления, которое бы позволило выполнить поставленную задачу. Тогда при фиксации изменений в системе следует выделить ограниченную группу переменных состояния, которые описывают составляющие движения, наиболее сильно сказывающиеся на приближении к цели. За их динамикой необходимо внимательно наблюдать.

6. При назначении цели лучше ограничиться малым числом существенных требований к системе на планируемый период. Это позволит постоянно контролировать процесс движения и периодически вносить коррективы в управление, если изменение состояния системы вас не удовлетворяет. Не доверяйте оптимистическим прогнозам тем больше, чем больше значимость факта достижения цели. Соразмерьте запас ресурсов с качеством прогноза и ответственностью задачи.

7. Своевременность принятия решения о достижении промежуточной цели и переходе к следующему этапу технологии выполнения глобальной задачи имеет большое значение при программировании работы системы. Задержка может привести к дополнительным потерям ресурсов или поставить под сомнение успех предшествующих действий, а преждевременное решение не позволит воспользоваться результатами достигнутого.

8. При выборе критерия качества системы независимо от того, используется он для оценки системы или для ее синтеза, не стремитесь сформировать всеобъемлющий показатель: вы потеряете наглядность оценок и существенно затрудните свою работу. Лучше в критерий ввести основное требование, определяющее успех выполнения задачи. Дополнительные требования контролируйте в процессе работы с системой. Эта процедура будет тем успешнее, чем полнее представления о системе у вас или привлекаемых экспертов.

9. Проводя оптимизацию, не пытайтесь достичь точного значения экстремума, так как это стремление оборачивается многими трудностями, а конечный эффект невелик. Обычно в более или менее сложных задачах экстремум пологий, не имеет острого пика в пространстве управлений. Автор убедился в этом еще в начале 60-х годов, когда занимался построением оптимального управления сближением летательных аппаратов. Оказалось, что выигрыш по сравнению с эвристическим решением (методом параллельного сближения, изобретенного немцами и используемого ими для управления зенитными ракетами «Рейнтохтер» и «Шметерлинг») не превышает 10-15%.

10. При формировании управляющего воздействия на систему для достижения цели вначале представьте, какие результаты будут достигнуты, если управления не будет. По-видимому, они не будут вас удовлетворять и понадобится управление. Постарайтесь организовать его таким образом, чтобы оказывать как можно меньше воздействий на систему. Помните, что наибольший эффект принесет минимальное воздействие, приводящее к цели и удовлетворяющее вашим требованиям.

11. Внимательно отнеситесь к сбору информации о состоянии системы. В первую очередь вы должны позаботиться о полноте ее сбора и частоте обновления сведений. Если последняя низкая, то есть угроза пропуска сигналов, которые могут содержать ценную информацию. Высокая скорость съема информации загружает каналы связи. При обработке текущих сведений старайтесь отделить полезные сигналы о состоянии от шумов (дезинформация, непроверенные данные, сплетни и слухи). Длиннопериодические процессы представляют особую ценность, так как свидетельствуют о тенденциях развития событий. Так как сведения, необходимые для управления, могут не совпадать с получаемыми от датчиков, то постарайтесь реконструировать достоверную информацию из имеющейся.

12. При создании иерархической системы сформулируйте четкие требования к виду информации, передаваемой на более высокие уровни иерархии (степени ее обобщения). При несоблюдении этого вам, с одной стороны, грозит информационная перегрузка верхних уровней, призванных принимать стратегические решения: они окажутся заваленными описанием деталей, потеряют возможность рассмотреть общую картину происходящего, а значит, не смогут выработать рациональное решение. С другой стороны, чрезмерное агрегирование информации может привести к обеднению описания ситуации, что также негативно скажется на процедуре управления.

13. Нормальное функционирование организационной иерархической системы требует высокой квалификации лиц, призванных осуществлять межсистемные информационные связи и связи с внешним миром. В первую очередь исходящая информация должна предельно объективно отражать состояние уровня системы или подсистемы, что уже определяется компетентностью персонала. Следующее требование заключается в его способности обобщить наблюдаемые явления до вида, удобного для использования более высоким уровнем. Наконец, передаваемое сообщение должно содержать прогностические оценки, так как никто лучше представителя данного уровня не может предвидеть развитие событий в сфере своей ответственности.

14. При построении иерархической структуры системы назначьте каждому уровню его цель, сформулируйте критерий, выделите ресурсы, очертите зону ответственности, в которой он может принимать решения (управляться). Особо оговорите коммуникационные вопросы: какая информация ему доступна, какие и в каком виде сведения уровень должен сообщать наверх и вниз. Наиболее сложно решается задача согласования локальных проблем каждого уровня с глобальной задачей всей системы.

15. Создавая систему, вы можете допустить существование в ней дестабилизирующих (неустойчивых) элементов или даже подсистем. Однако при этом надо позаботиться о мерах по обеспечению устойчивости системы в целом. Наиболее простой способ состоит в охвате локальных неустойчивостей отрицательными обратными связями требуется измерять реакцию этих элементов и подавать на вход сигналы в виде функции этих реакций и обратные им по знаку.

16. Необходимо внимательно наблюдать за качеством функционирования системы. Постепенное, подчас трудно устанавливаемое ухудшение качества, что свидетельствует об изменении ее свойств, может привести к внезапному разрушению системы. Столь же губительно для системы исчерпание ресурсов, вызывающее поражение элементов и приводящее к распаду системы.

17. Чтобы гарантировать работоспособность системы, контролируйте работу всех ее элементов. Высокое качество динамических процессов в них обеспечит эффективность работы всей системы, разумеется, при ее правильной организации. Ухудшение работы подсистем нижнего уровня должно заставить принять соответствующие меры, хотя оно не столь критично, как нарушения на верхнем «этаже». Дестабилизирующие процессы на верхнем эшелоне разрушительны для системы, они немедленно ставят под сомнение ее существование.

18. Всегда стремитесь разглядеть в человеке, с которым вы столкнулись в жизни, личность со своими стремлениями, целями, трудностями. Если вы руководитель, то такой индивидуальный подход поможет найти наиболее эффективное применение его качествам в вашей системе или способствует исключению этого человека из области ваших интересов. Да и на душе у вас будет спокойно.

19. При работе с коллективом опирайтесь на яркие индивидуальности, несмотря на все трудности общения с ними. Именно они обычно являются носителями нового, нетрадиционного взгляда на привычные явления. Помните, что индивидуалистам полезно создавать обстановку конкуренции. В то же время стремитесь привить индивидуалистам дух корпоративности, коллективизма путем вовлечения в работы, требующие групповых усилий.

20. Для создания партии:

• Следует глубоко и всесторонне проанализировать социально-экономическое состояние общества и государства (надсистемы) в его окружении и сделать на этой основе прогноз развития.
• На основе этой информации установить достоинства и недостатки надсистемы и экстраполировать их динамику.
• Проанализировать данные сведения и определить область желаемого, т.е. те качества, которыми должна обладать надсистема после преобразований.
• Выявить связи желаемых качеств со свойствами надсистемы, а значит, найти те места в ней, которые нуждаются в перестройке. В результате мысленного эксперимента убедиться, что такие преобразования действительно дадут ожидаемый эффект. К сожалению, обычно каждое улучшение имеет и негативные последствия.
• Провозгласить цели, программу действий и способы достижения целей, желательно разбив их на временные и функциональные этапы, т.е. сформулировав концепцию движения. Сделать программные документы в нескольких редакциях, чтобы они были интересны и доступны разным слоям общества.
• Если для выполнения предшествующих операций было достаточно усилий отцов-основателей и узкого круга единомышленников, то теперь возникает задача расширения этого круга, задача сделать партию массовой.
• На повестку дня ставится задача сделать программные документы общеизвестными, для чего необходимо финансирование зарождающейся организации. Для этого следует установить слои общества, заинтересованные в достижении поставленных целей. Следовательно, цели движения должны быть общественно значимыми, найти отклик в кругах социально активных людей.
• Необходимо привлечение средств массовой информации для пропаганды целей партии. В принципе в этом должна быть заинтересована правящая структура, если она ответственно относится к выполнению своей миссии: критика недостатков — прекрасное и единственное лекарство от ошибок. Нас крайне удивляет, что в сегодняшней России оппозиция не имеет ни своего канала телевидения, ни массовой газеты, которая бы финансировалась правительством.
• Можно ожидать появления периферийных структур строящейся партийной системы, если провозглашенные цели будут отвечать интересам достаточно широких слоев общества. Дальнейшая работа должна быть посвящена созданию и укреплению обратных связей с возникающими структурными элементами.

21. Для построения оперативной системы мер по недопущению превращения угроз в губительные для системы факторы целесообразно использовать информацию о входных воздействиях со стороны среды и отклонениях параметров системы. Это позволяет подвергнуть анализу не следствия (опасные изменения состояния), а причины появления угрожающих состояний. Однако такой путь связан с усложнением системы как в алгоритмически смысле, так и информационном — требуются сведения об угрозах существованию системы.

22. Локальные, пассивные меры защиты системы составляют обязательное условие ее существования. Они наиболее просты, а значит, надежны и экономичны. Их эффективность определяется знанием свойств системы и способностью предвидеть возможные угрозы. Но для достижения уверенности в безопасности системы должны быть предусмотрены и глобальные мероприятия по ликвидации перерастания угроз в опасность — si vis pacem, para bellum (хочешь мира, готовься к войне). Глобальность ограничивается рамками системы — технического устройства, фирмы, политической партии и др.

23. При организации мер безопасности целесообразно распределить условия, создав два механизма. Один (внешний) обращен на окружающую среду и имеет задачу парировать воздействия, оказываемые средой на систему. Внутренний механизм безопасности призван ликвидировать опасность от воздействий, проникших через внешний механизм, и основной целью имеет борьбу с внутренними угрозами. Последние включают в себя трансформации структуры и отклонения параметров за пределы области безопасности.

24. Если вы руководите конкретной системой, то забота о ее безопасности является вашей первейшей обязанностью (в случае ее распада вам нечем будет руководить). Сформулируем общие рекомендации по обеспечению безопасности:

• внимательно наблюдайте за процессами в окружающей среде с тем чтобы любые воздействия не были неожиданными и не повлекли за собой роковых последствий;
• не меньшую озабоченность следует проявлять и при анализе собственно системы: оценке ее качественной работы, надежности элементов, особенно достоверности и оперативности получения информации о состоянии;
• заранее разработайте несколько сценариев возникновения угрожающих ситуаций и реагирования на них, заблаговременно создайте «запасы плавучести» в виде аварийных вариантов поведения и дополнительных ресурсов;
• будьте не только бдительным, но и подозрительным.

Автор - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела надежности и устойчивости сектора проблем безопасности систем Вычислительного центра им. А.А. Дородницына Российской академии наук (РАН).