• Nem Talált Eredményt

A rendszer fogalma

In document Informatikai alapok (Pldal 33-36)

1.8. Néhány informatikai alapfogalom

1.8.1. A rendszer fogalma

Ha az ember szeretne tájékozódni, hogy milyen definíciók vannak a rendszer fogalmára, akkor érdemes fellapozni A Korszerű Informatika Könyvtára sorozat 6. köteteként még 1976-ban51 megjelent, Általános rendszerelmélet alapjai-t [26]. Általános rendszerelméletről már Ludwig von Bertalanffy, biológus is írt könyvet a múlt század közepén, ám Vagyim Ny. Szadovszkij (1934-2012) matematikához is értő filozófus volt, és talán ezért az ő műve sokkal mélyrehatóbb. Ha megnézzük a könyv 96. és 101. oldala közti részt, akkor komoly tudósoktól 34 jelentős definíciót találunk. A szerző rangsorolta, csoportosította ezeket.

 Az első csoportba matematikai absztrakciók kerültek, tehát olyan definíciók, amelyek komplikált matematikai meghatározásokat tartalmaznak.

51 Eredetije 1974-ben jelent meg Moszkvában.

34

 A második csoport a témánk szempontjából lényegesebb, ahol olyan fogalmak kerülnek be a definíciókba, mint a rendszer eleme, a rendszerelemek közötti viszony vagy kapcsolat, különféle összefüggések, valamint a totalitás, tehát összességében, egészében mi a minősége valaminek. És ide tartoznak különféle modellek is, mint például a fekete doboz modell52 és a szerkezeti modell. Például a Brooklyn Egyetemen, kb. 50 évvel ezelőtt, matematikából volt olyan feladat, ahol minden hallgató kapott egy fadobozt, egy fúrót és egy mérő rudat, valamint, hogy hány furatot készíthet. (Akkor még nem volt olyan kis webkamera, amellyel megleshető volt a doboz belseje.) A hallgató bedugta a rudat a furatokba, megnézte, hogy mennyire megy be, és föl kellett írnia annak a kétváltozós függvénynek az egyenletét, amellyel leírható felület volt a dobozban. Azt a feladatot, amikor meg kell állapítani, hogy mi van a dobozban, idegen szóval, rendszer identifikációnak nevezik. A szerkezeti modellnél, nyitott a doboz. Mondjuk adott egy kapcsolási rajz, és akkor jó a szerkezeti modell, ha a hálózati és fizikai egyenletek segítségével, mint például az első és második Kirchhoff-törvény, meg az indukció törvénye, Ohm törvénye stb. elő lehet állítani az eredő fekete doboz modellt.

 És végül a harmadik csoportba, olyanok tartoznak, amelyekben ilyen szavak fordulnak elő, mint a kimenet, bemenet, információ-feldolgozás, vezérlés53, de az a lényeg, hogy a rendszert különféle élő vagy élettelen entitások együtteseként értelmezik, amelyek képesek a környezet hatásait érzékelni és aztán valamilyen szempontból, valamilyen jóságra törekszenek; ez lehet maximum vagy minimum. Matematikailag itt funkcionálokról54 van szó, és azoknak lehet költségtípusú, meg nyereségtípusú változata. Egyiknél minimalizál a rendszer, a másiknál pedig maximalizál.

Itt egy 35. meghatározás következik, tehát ez nincs benne az említett 34-ben. Tekintettel arra, hogy vannak gondolati rendszerek, és vannak olyanok is, amelyek még nem valóságos objektumok, csak a képzeletben léteznek, hiszen az emberi munka teleologikus; először elképzeljük és utána csináljuk meg a terméket. Tehát a rendszer valóságos vagy elképzelt objektumok viszonylag jól körülhatárolható halmaza. Ez némi magyarázatra szorul, ugyanis vannak homályos körvonalú, meg nagyon pontatlanul meghatározott rendszerelemek is, meg hogy hozzá tartozik-e ahhoz a halmazhoz vagy nem, ez bizonytalan, ezeket fuzzy halmazoknak is nevezik. Minden esetre, itt egy halmazról van szó, amelynek az objektumait kölcsönhatások és kölcsönös összefüggések kapcsolják egybe. Nagyon fontos az, hogy a rendszereknek lehet olyan sajátságos tulajdonságuk, amelyek az elemekben nincsenek benne önmagukban, de esetleg potenciálisan benne rejlenek, és az összekapcsoltság módjától függően jelenik meg a rendszertulajdonság. És ez a szerkezet, idegen szóval a struktúra. Lehet törekedni a struktúra megváltoztatására. Ha kívülről csináljuk, az szervezés, de vannak olyan rendszerek, amelyek képesek önszerveződésre, mint a hópehely, amelyik sajátos kristályait maga alakítja ki spontán módon. Azért roppant fontos a struktúra megváltozása, mert filozófiai értelemben vett minőségi változást okozhat.

A rendszert föl lehet írni matematika képlettel is, ugyanis egy rendszert alkothat két halmaz is, az elemek és az elemek fölötti55 relációk halmaza.

52 Maga a fekete doboz modell onnan kapta a nevét, hogy a Brit Királyi Légierőben (RAF) a repülőműszereket modulrendszerűen alakították ki. Ezek adókészüléke fekete színű dobozban volt, amelynek volt egységes bemenő meg kimenő csatlakozója. Csak annyit lehetett tudni róla, hogy mi a rendeltetése, hogy ilyen és ilyen bemenő jelekre, milyet állít elő. Le is voltak plombálva, és ha egy kényszerleszállt repülőgépet az ellenség zsákmányolt, akkor, ha megpróbálták felnyitni a dobozt, előfordult, hogy némelyik felrobbant, mert tartalmazott egy kis detonátort és robbanóanyagot, hogy a titkos tudás ne kerüljön az ellenfél birtokába.

53 Keverik egy kicsit a fogalmakat, mert néha szabályozásról van szó, nem vezérlésről.

54 A funkcionál, egy skalármennyiséget rendel egy halmazhoz.

55 Így mondják a matematikusok, tehát arról van szó, hogy az elemek között van valamiféle kapcsolat.

35

S=(E, R), (1)

Általában a valóságos rendszerek ‒ ezeket szokták referens rendszernek nevezni ‒, képezik az érdeklődésünk tárgyát. Ezeknek a kezelése roppant nehéz, mert bonyolultak, zűrösek és igyekszünk a céljaink szempontjából lényeges tulajdonságaikat tükröző, kötött formájú, tehát praktikus modelleket alkotni ‒ ezeket nevezik kibernetikai modellnek. Itt két műveletet hajtunk végre, az egyik a szeparáció, elkülönítjük az univerzumtól azokat az objektumokat, amelyek a modellünkhöz tartoznak, és szelektálunk a tulajdonságok között, tehát a szeparáció és a szelekció elvezet a praktikus modellhez. Természetesen a rendszernek van környezete is, és azzal kapcsolatot tart. Fekete dobozként is lehet egy rendszerről beszélni, hogy van bemenete (input), amelyet kimenetté (output) alakít át, ha nagyon le akarjuk egyszerűsíteni (1.34. ábra).

1.34. ábra. Egyszerű rendszer vázlata

Az önszerveződő rendszer a struktúráját maga választja meg, és ezt pl. azért teszi, hogy alkalmazkodhasson a környezet változásaihoz, de lehet önszabályozó is, amelyik a struktúráját nem változtatja, csak a belső folyamatait, a belső állapotait, és ez is működhet automatikusan.

Számos biológiai rendszer alkalmazza az önszabályozást. Például nézzük az emberi szervezet hőmérsékletszabályozását. Van egy alapjel-adó törzsünk közepén, amelyik ad egy hőmérséklet alapjelet. Persze nem Celsius fokbaffn, hanem valamilyen fiziológiai jel formájába, és ha változik a környezet, és pl. ehhez az alapjelhez képest a testünk melegebb lesz, akkor pl.

verejtékezéssel megpróbál hőt leadni. Ha pedig csökken a hőmérséklet, akkor akár a végtagok vérellátásának a rovására is növeli a törzs és az agy vérellátásán keresztül a tápanyagbevitelt a sejtekbe, és a mitokondriumok előállítják a szükséges energiát, amely hő formájában a hőegyensúlyt létrehozza. Előfordul, hogy ha valaki megiszik egy korsó, jéghideg sört, úgy érzi, el kezd kimelegedni, pedig hideg folyadékot vitt be a szervezetébe, és a sör tápértéke ilyen rövid időn belül még nem érvényesülhet. E jelenségnek az az oka, hogy az alapjel-képző közel van a nyelőcsőhöz és azt a sör lehűti. Úgy érzékeli a szabályozó, hogy a törzs ahhoz képest nagyon meleg és hűteni akarja a szervezetet, ezért az ivó elkezd verejtékezni. Ilyenkor egy „hibát vétünk”, amelyet az automatikus rendszerek irányításakor nem szabad elkövetni: az alapjel-képzőt és a szabályozót mindig gondosan el kell szigetelni a zavarójellemzőktől56. Ha nem követjük el ezt a hibát57, akkor ‒ nem túl szélsőséges esetben ‒ a hőmérsékletszabályozásunk jól működik.

Egyébként az irányításnak két fő formája van: a zárt hatásláncú szabályozás és a nyílt hatásláncú vezérlés. Ezek az állapotváltozást befolyásolják, a szervezés pedig a felépítést módosítja.

56 Vannak kivételek, amikor egy mért domináns zavart, egy ún. ernyedő tagon keresztül, rávezetnek a szabályozóra.

57 E „hibát” szándékosan is elkövethetjük, amikor a későbbi hűtés reményében át akarjuk izzadni a ruhánkat.

36 1.35. ábra. Kibernetikai szimulációs program képernyőképe

Az 1.35. ábrán lehet látni egy számítógépes program futási eredményét. A narancssárga jel azt mutatja, hogy ha az irányított berendezés alapjelét, amelyet követnie kell, azt egy ugrásfüggvénnyel egy pillanat alatt megnöveljük 1-re, akkor azt milyen szépen követi, majd beáll a parancsolt értékre, de ha jön egy zavarójel (lila színű), amely kezdetben nulla volt, s a 15. másodpercben fölpattan 1-re, akkor annak hatására a narancssárga jel eltávolodik a parancsolt értékétől. Tehát nem túl jó, mert azt szeretnénk, hogy zavarok ellenében is tartsa a vezérelt jellemzőt. A nyílt hatásláncú rendszer erre csak akkor lenne képes, ha megmérnénk a zavarójellemzőt, és külön gondoskodnánk hatásának kiküszöböléséről. Ha kikapcsolódik a zavar, akkor a narancssárga jel idővel visszaáll parancsolt értékére. A türkiz jel egy ugyanolyan dinamikájú, szabályozott szakasz kimenőjele, tehát a neki megfelelő rendszer zárt hatásláncú, speciálisan ez egy közvetlen digitális szabályozás (DDC) [27]. Picit hamarabb is áll be parancsolt értékére, de amikor fellép a zavar, a szabályozott jellemző grafikonja ugyanúgy elindul fölfelé, mint a nyílt hatásláncúnál, de egy idő után ezt észreveszi a szabályozó, mert figyeli az alapjeltől való eltérést, és úgy irányítja a rendszer állapotát, hogy a kimenőjel szépen beálljon és tartsa parancsolt értékét a zavar ellenében is. Persze ha kikapcsolódik a zavar, akkor itt is lesz egy átmeneti viselkedés, idegen szóval tranziens viselkedés.

In document Informatikai alapok (Pldal 33-36)