Системное мышление 2024. Том 2

Мы будем выделять систему из мира вниманием, при этом границу будем считать границей нашего внимания, а не какой-то материальной средой. Так, компьютер берём нашим вниманием вместе с его корпусом (корпус – не граница системы! Граница проходит там, где молекулы корпуса кончаются и начинаются молекулы воздуха вокруг корпуса, и эта граница нематериальна, она «в уме», это граница внимания), дом вместе с его внешней стеной, кабель вместе с его оплёткой, клетку вместе с её мембраной.

Дальше мы вводим понятие «чёрного ящика» (black box): это какая-то система, которую мы представляем без знаний о внутреннем её устройстве – мы только можем описывать функцию::поведение «чёрного ящика»::система, проявляемое на внешней его границе, то есть на границе занимаемого системой места в физическом мире. Мы ничего не знаем о внутреннем устройстве, о подсистемах «чёрного ящика». А если мы заглядываем внутрь границы системы и говорим о том, как она устроена, то будем называть это «прозрачный ящик» (transparent box, иногда говорят «белый ящик»). Бывает и «серый ящик»: мы знаем очень немного про то, как устроена система внутри её границы, но всё-таки знаем.

Мы описываем систему как чёрный ящик минимально четыре раза, это и есть «системное рассмотрение»:

• Функционально: как роль (функциональный/ролевой объект) и его функцию во взаимодействии с окружением во время эксплуатации/работы/функционирования. Забивало – прикладывает усилие от руки к забиваемому острому предмету.

• Конструктивно: как конструктив, который мы создаём и развиваем во время создания. Молоток – вот этот, который мы купили в магазине (и будет реализовывать во время эксплуатации забивало).

• Пространственно: как место в пространстве, которое занимает этот чёрный ящик в момент эксплуатации. Тот объект, который лежит в верхнем ящике шкафа у правой стенки, а в момент эксплуатации на рабочем месте номер пять в помещении номер четыре.

• Стоимостно: Как совокупная стоимость владения чёрным ящиком. Вот эта штука, стоит 1000 рублей купить и практически нисколько эксплуатировать.

Важно, что все эти рассмотрения про один и тот же объект-систему и согласованы между собой, то есть они непротиворечиво описывают одну и ту же систему (это делается через 4D экстенсионализм – проверяется, что описываемый объект занимает одно и то же пространство-время), а ещё они не лезут внутрь системы (тут в примере мы не говорим, что там внутри забивала-молотка – не поминаем его части: ручку и боёк).

При системном рассмотрении мы учитываем дополнительно:

• Граф создания: кроме рассмотрения системы как «чёрного ящика» в момент его работы, мы учитываем, что кто-то эту систему создаст и будет развивать.

• Эволюцию: рассматриваем не только однократное первичное создание системы, но и развитие системы: «чёрный ящик» будет развиваться/модернизироваться, речь не идёт о каком-то однократном ходе его появления. Нет, будет MVP и множество инкрементов, «никакая версия системы не является последней».

«Описываем систему» – это или

• «прямая инженерия», то есть проектирование/design в части придумывания того, какая нужна система в составе надсистемы.

• «обратная инженерия»/reverse engineering уже существующей системы, если такое описание недоступно, но для чего-то нужно.

В части «прямой инженерии» не надо считать, что «мы ничего не знаем о системе, пока её нет, мы же не можем заглянуть в будущее» (упоминаем это только потому, что слышали это от многих студентов). Почти вся инженерия – это проектирование/design систем, которых ещё не существует, но это не мешает описывать несуществующую систему, то есть придумывать гипотезы о том, какая несуществующая система будет успешна. Чтобы описывать несуществующую систему, нужно высказать гипотезу о том, какая будет эта система в 4D – придумать такую систему, которая бы выполняла поведение, приводящее надсистему к выполнению какой-то важной функции в будущем. Мышление о здании, которое построено будет в следующем году, вполне возможно – строители делали это и пару тысяч лет назад, никаких затруднений в том, чтобы представить «в уме» работающей в будущем какую-то систему, которая ещё не изготовлена. В прямой инженерии описывают систему, которой ещё нет в настоящем, это обычное дело, любое проектирование – как раз гипотезы о том, каким будет будущее!

Первое же системное рассмотрение – это рассмотрение системы как чёрного ящика на предмет выполнения им функции («нанесения непоправимой пользы») в надсистеме в ходе эксплуатации. Онтологическая модальность этого рассмотрения и в случае обратной инженерии, и в случае прямой инженерии – это модальность59 веры/doxastic modality, то есть это гипотеза. Она может как выдержать проверку логикой и экспериментом, так и не выдержать, этим занимаются в рамках методов инженерных обоснований:

• Проверка логикой: мы показываем, что в описании системы нет логических противоречий. Если будет сказано, что наш «чёрный ящик» белого цвета вплоть до зеркальности, чтобы лучше отражать солнечные лучи и не перегреваться, и одновременно будет сказано, что наш «чёрный ящик» модного тёмно-зелёного цвета, чтобы выглядеть эстетично, то это явное противоречие, надо менять описание, устранять противоречие (повторим: неважно, описываем мы при этом уже существующую систему, или будущую). Инженерия в том и заключается, что люди в таких ситуациях договариваются, устраняют противоречие.

• Проверка экспериментом: мы можем выполнить какие-то измерения в реальном мире и проверить, совпадают ли в каком-то доверительном интервале эти измерения у уже существующей (изготовленной/воплощённой) системы с проектными значениями для неё.

В любом случае, мы и в прямой, и в обратной инженерии придумываем описание «чёрного ящика» как гипотезу (верим, что она верна), а потом критикуем эту гипотезу и в случае нахождения ошибок улучшаем, улучшаем и улучшаем эту гипотезу о «чёрном ящике» – работаем с этим описанием, добиваясь его непротиворечивости и точности в эксперименте (обратная инженерия) и в предсказании (прямая инженерия, но и тут будет эксперимент – создание системы и замеры на изготовленной системе для подтверждения гипотезы).

Описание в его функциональной части должно демонстрировать, что система «наносит непоправимую пользу», работая в составе надсистемы, в конструктивной части – что оно реализуемо (можно сделать!), в части пространственной – что система может поместиться там, где она должна работать, в части совокупной стоимости владения – что строить и эксплуатировать систему будет выгодно.

«Предпринимательская гипотеза» – это как раз оно, гипотеза о том, что наш «чёрный ящик» будет полезен и дёшев, поэтому будет хорошо продаваться и инвестирование в его разработку и изготовление прямо сейчас даст прибыль позже. Это визионерство::метод/практика (слово «предпринимательство» мы избегаем употреблять, хотя речь тут идёт строго о «предпринимателе по Шумпетеру», но предпринимательство мало кто понимает «строго как у Шумпетера», и каждый тут фантазирует что-то своё. Так что мы табуируем термин «предприниматель», практику «предпринимательство», а бытовое понимание того, что там происходит, раскладываем на несколько ролей. Визионер::роль – это и есть «предприниматель по Шумпетеру», но это не основатель фирм, не человек с особым складом ума, склонным к риску, не богатый человек, не изобретатель, ничего из обычных ассоциаций с «предпринимателем». Но он оценит, будет ли проект прибыльным: выдаст об этом гипотезу. И если он::роль будет считать, что прибыли не будет – проекта не будет).

Если мы меняем модальность системного описания «чёрного ящика» с доксической (веры) на деонтическую (запреты и разрешения, предписания), то описание чёрного ящика называют системными требованиями (system requirements). И раньше в конечном итоге разрабатывали именно системные требования, а сейчас разрабатывают концепцию использования/concept of operations, уточняемую и детализируемую до сценариев использования/use cases – они отличаются прежде всего вот этим онтологическим статусом, но не только. В концепции использования и дальше в сценариях использования описывают поведение системы как «чёрного ящика», то есть описывают функции системы, её роль в окружении – описывают на статусе гипотезы, что это правильно угаданное поведение успешной системы.

Примерно до 2015 года в системной инженерии даже был отдельный метод инженерия требований, сейчас его нет. Проверьте: до 2015 года в год выходил чуть ли не десяток учебников по вариантам метода инженерии требований, а потом как отрезало – по инерции ещё выпускают книжку в год, но это просто «старички» удовлетворяют спрос других «старичков». Более подробно эта история перехода от инженерии требований к разработке концепции использования рассказана в курсе «Системная инженерия».

Главное тут:

• Исполнители роли инженеров по требованиям (часто они назывались аналитиками) вклинивались между разработчиками и внешними проектными ролями на основании идеи, что «не надо отвлекать разработчиков от разработки, да ещё эти разработчики с клиентами разговаривать не умеют, это должны делать специально обученные люди». Выяснилось, что эти «специально обученные люди» (аналитики) просто создают ситуацию испорченного телефона (клиент говорит одно, аналитик слышит другое, документирует третье, разработчик вычитывает из требований четвёртое), вреда это приносит больше, чем вред от «отвлечения разработчиков от дела», а время «вычитывания из клиента» и «вычитывания из требований» примерно одинаково. Дополнительно появляется задержка во времени на передачу информации через дополнительное звено и ещё утеря контекста и обоснований появления тех или иных требований.

• Требования появлялись как раз из концепций использования, которые постепенно детализировались. Самые разные требования для тех или иных фич медленно собирались вместе в огромный строго согласованный между собой «монолит» (как это сейчас говорят архитекторы), утверждались – и дальше этот «монолит» передавался в разработку для «безусловного удовлетворения». Вот это «собрать всё, утвердить, передать в работу» оказалось дико медленно, хотя и было сильно лучше исторически предыдущей ситуации, когда проектирование системы шло вообще без требований. Тогда было всё так плохо, что об этом лучше не вспоминать. «Много лучше с требованиями, чем без них» – это было чистой правдой! Но и с требованиями получилось не так хорошо. Первая задержка шла от согласования разнородных требований между собой: участвовали внешние проектные роли, инженеры по требованиям, разработчики, архитекторы. Эти требования утверждались, и все понимали, что они – огромная ценность, ведь в них вложено огромное количество труда, их нельзя менять, они же с таким трудом были согласованы! Поэтому при обнаружении очевидных ошибок в требованиях, или при обнаружении изменения ситуации, при которой надо бы было менять требования – требования предпочитали не менять. И делали систему заведомо хуже, чем могли бы сделать. То, что «у нас есть процедуры изменения требований» – это фикция и отговорки, эти процедуры были запретительно дорогими по времени, к тому же за невыполнение требований наказывали, а за выполнение кривых требований вроде как наказать нельзя.

• После того, как требования попадали к разработчикам, они пытались выполнить обратное действие: понять, что там реально будет полезно внешним проектным ролям, которых разработчики в глаза не видели, а видел их только аналитик. При этом беда была не только в том, что при обнаружении ошибки в требованиях было сложно их менять, но и в том, что сами разработчики считали, что они должны с этими требованиями сработать однократно, а испытания планировались не для того, чтобы продемонстрировать пригодность системы для клиента (потом разобрались, назвали их приёмкой/валидацией/validation), но для показа того, что «требования удовлетворены» (эти испытания назвали проверкой/верификацией/verification). Проблема была в том, что замысел, проектирование, разработка, изготовление, испытания (и проверка, и приёмка) считались однократными. Это приводило к невозможности улучшения системы: ни оперативно добавить новую фичу, ни оперативно исключить ненужную. Неоперативно и крайне нервно – можно, «есть процедуры изменения требований». Но вот оперативно – нет, нельзя. Только вслушайтесь: «у нас неверная гипотеза, давайте её по-быстрому поправим» против «нам дали неверные требования, давайте не будем эти требования выполнять». Системы, которые делались на базе концепций использования и детализации до сценариев использования, оказывались лучше из-за того, что и концепцию использования, и дальше сценарии использования вроде как можно править по ходу разработки, «в рабочем порядке», если нашлись проблемы, а вот требования «утверждены» и поэтому править можно их только «в особом, медленном и трудоёмком порядке». Ну, закалённым инженерам старой школы этот «медленный и трудоёмкий порядок» был нипочём, а инженеры новой школы лишь усмехались и тихо говорили «для бешеной собаки семь вёрст – не крюк», а потом демонстрировали невероятные для «старичков» скорости разработки.

• Работа с концепциями использования и сценариями использования, по которым требования не разрабатывались, а которые использовались разработчиками непосредственно, происходила ещё и быстрее: разные сценарии использования правили и реализовывали разные команды людей-разработчиков, а чтобы результаты работы этих людей объединились между собой – за этим прислеживали архитекторы (понятие архитектуры тоже изменилось, ибо оказалось нельзя изменить только работу с требованиями). Это означает, что командам не надо было ждать друг друга, пока соберутся и затем утвердятся все требования в одном «монолите». Нет, все высказывали свои гипотезы в виде концепции использования (описывали систему как чёрный ящик), критиковали их, проверяли путём создания части системы, реализующей сценарии использования, затем улучшали эти сценарии – и так система создавалась и развивалась непрерывно, бутылочное горлышко «собрать все требования вместе и потребовать их однократного выполнения» исчезло, а работа по созданию системы была распараллелена не только в части собственно проектирования, но и в части понимания того, что должно быть спроектировано – что там за поведение (функции) должен выдавать «чёрный ящик».

• Отказ от требований привёл ещё и к тому, что начали активно использовать A|B тестирование60, когда гипотез выдвигается сразу несколько (требования обычно требуют что-то одно!), и проверяются они все вместе, а потом выбирают вариант, который оказался по каким-то критериям лучше. Если у тебя «гипотезы», а не «требования», то ты с ними поступаешь другим образом: не столько «удовлетворяешь», сколько «проверяешь и постепенно корректируешь».

Концепция использования (а раньше – сделанные на её основе требования, от разработки которых отказались) прежде всего содержит информацию о функциях системы по отношению к её рабочему/целевому/операционному/функциональному окружению, поэтому она состоит из самых разных моделей, которые описывают поведение системы на её границе во взаимодействии с системами снаружи (системами в составе надсистемы). Наиболее подробные модели поведения называют сценариями использования. В некоторых школах системной инженерии сценарии использования считают отдельными от концепции использования (ибо они разрабатываются позже сжатых описаний функциональности системы в концепции использования), в некоторых – входящими в концепцию использования, просто сама концепция использования потихоньку меняется в ходе проекта: она конкретизируется, уточняется, детализируется, в неё входит всё больше всё более детальных сценариев использования по мере развития системы. Мы принимаем второй подход: сценарии использования входят в состав концепции использования, это один из видов моделей, которые в неё входят. Подробней об этом – в курсе «Системная инженерия» и предлагаемой курсом литературе.

Когда говорим о концепции использования как об описании «чёрного ящика», то говорим именно про описание времени эксплуатации в части получения необходимой функции от системы. Система должна бы при эксплуатации в части её поведения или осмысленно мигать лампочками, или давать какой-то результат вычисления, или нагреваться, или оставлять бороздку правильных размеров: всё, что предполагается, что будет делать система (гипотезы!), чтобы в момент её эксплуатации говорили, что она делает то, что от неё ожидают и не делала того, что от неё не ожидают, то есть описывается ожидаемое поведение успешной системы. Ожидаемое поведение системы – это предсказание того, что должно бы произойти при эксплуатации. В случае требований раньше говорили поэтому о функциональных требованиях (деонтика), а сейчас это просто гипотезы о функциональности (докса), поэтому нет «должна», только «должна бы» (а жизнь потом покажет, оправдалась ли гипотеза).

«Нефункциональных требований» не было, хотя такой термин часто встречался в литературе, но обычно разъясняли, что его использовать неправильно. Чаще говорили просто о других видах требований – например, требованиях качества (-ости/-ilities, типа доступность, ремонтопригодность, надёжность), которые интересны не только разработчику, но и другим ролям в проекте, прежде всего роли архитектора. Сейчас стало очевидно, что архитектура имеет дело с архитектурными характеристиками (прежде всего эти -ости), но они относятся к системе не в части выполнения своих прикладных функций, а к общему какому-то поведению и в момент работы/operations (например, характеристики надёжности работы) или даже на момент создания и развития (например, характеристики возможности лёгкого изменения в ходе непрерывных улучшений, evolvability). И эти характеристики хотя и разные, но всё-таки более-менее одинаковые у самых разных видов систем. Например, масштабируемость/scalability: насколько легко поднять производительность системы, если это надо – нужно будет только добавить какие-то дополнительные модули (скажем, добавлять ещё пару колёс на каждую новую тонну грузоподъёмности тележки, или придётся всё разрабатывать по-новой с самого начала – ибо для увеличения грузоподъёмности менять надо в тележке и раму, и колёса, и вообще всё?). Архитектурные характеристики – описание поведения системы при работе в необычных условиях или не в момент эксплуатации: способность работать под высокой нагрузкой, ремонтопригодность, доступность по цене/affordability (помним, что совокупная стоимость владения затрагивает и стоимость расходников и обслуживания при эксплуатации, но ещё и стоимость изготовления включает не только стоимость материалов, но и стоимость работ системы создания, то есть затрагивает описание ещё и систем не из окружения, а из цепочки систем, создающих целевую систему), лёгкость монтажа. Курс «Системная инженерия» подробно разбирает работу архитектора, архитектурные характеристики, способы достижения приемлемых значений для метрик, которыми измеряют архитектурные характеристики.

Конечно, во многих и многих моделях пересекаются и концепция использования (что делает система на её внешней границе, чтобы вписаться в окружающие её системы в момент её работы, принося какую-то пользу этому миру), и архитектурные характеристики (надёжность, лёгкость изменений системы разработчиками, устойчивость к разрушению, и прочие характеристики, непосредственно не связанные с функциями системы), и концепция системы как описание внутреннего устройства системы, «прозрачного ящика». Как концепция использования при детализации превращается в набор сценариев использования, так концепция системы при детализации превращается в проект/design системы, который уточняется вплоть до описаний прозрачного ящика, достаточно детальных для изготовления системы.

Если говорить о таком же наборе описаний, но на уровне надсистемы (скажем, описывать не концепцию использования шестерёнки в механических часах, а концепцию часов с шестерёнкой в их составе как концепцию системы), то можно обнаружить, что концепция использования шестерёнки по факту – часть концепции часов, ибо в устройстве часов важна шестерёнка и что она делает безотносительно устройства самой шестерёнки.

Конечно, терминология для всех этих описаний чёрного и прозрачного ящика может меняться, особенно если смотреть не на описания, а на документы, выражающие эти описания: легко концепцию использования насоса, описывающую поведение насоса, назвать «опросным листом», рассылаемым поставщикам насосов с вопросом «можете ли вы изготовить насос с вот такими характеристиками?» В «опросном листе» не будет ни слов «концепция использования», ни более древнего слова «требования». Если и будут какие-то указания на то, что именно должно бы быть в составе насоса, то не будет и слов «концепция системы». Архитектурные характеристики (типа надёжности) будут или не будут указаны, название документа будет «опросный лист». Вы должны уметь поглядеть на такой «опросный лист» – и определить тип описания: «опросный лист»::«концепция использования» насоса (а если там есть архитектурные характеристики, то отметить и их тоже).

Почему нужно выделять отдельно описание чёрного ящика как концепцию использования (что делает система вовне, от границы системы в окружение), а не сразу рассказывать про концепцию системы – как она устроена внутри себя (какие подсистемы выполняют какие функции и из чего они сделаны)? Различение чёрного и прозрачного ящиков нужно, чтобы иметь возможность предложить самые разные варианты того, как устроена система, из чего она сделана – предложить разные аффордансы для выполнения функции системы.

Скажем, концепция использования дверного ключа будет описывать, что ключ переводит дверь из состояния «заперта» в «отперта» и обратно. Это будет главное, функция ключа. Архитектурные характеристики (срок службы до первой поломки, ремонтопригодность и т.д.) тут не так важны, важно для чего нужен ключ, какие изменения (поведение – это изменения, «в один момент времени было одно состояние, в другой момент времени стало другое состояние») вызывает система в своём окружении. Тут важно, не какие изменения вызывает окружение в системе, а какие изменения вызывает система в окружении. Подробней об этом будет говориться в курсе «Системная инженерия», рассказ о действиях системы на окружение – в том числе реагировании на воздействия извне, а не о действиях окружения на систему.

Если вы подробно описали ключ и его функциональность как «чёрный ящик», дальше вы можете предлагать разные конструкции ключа, которые оказываются неразделимыми с конструкцией замка. То есть вы 1. Понимаете, что ошиблись и меняете рассмотрение ключа::система на замок::система, в который входит ключ::подсистема, а уже замок::система входит в дверь::надсистема. Рассматриваете варианты механического замка с поворотным ключом, механического замка с нажимным ключом, электрического замка с программируемым электронным ключом-«таблеткой», электрического замка с управлением через приложение в смартфоне, электрического замка с управлением через биометрию (отпечаток пальца или распознавание лица), и так далее: вариантов много, можно выбирать.

Главное – это соблюсти функцию замка (ибо оказывается, это делает не ключ, а замок) в его окружении: перевод двери из состояния «заперта» в состояние «отпёрта» и обратно. А дальше рассматриваем и ключ тоже, только там будет перевод замка из состояния «заперт» в состояние «отпёрт» и обратно. И вот тут возможны варианты: например, перевод замка в состояние «заперт» может быть сделан ключом, а может быть сделан захлопыванием двери. В замке может быть переключатель режима захлопывания двери и запирания ключом, но и ключ может быть хитрым – этот переключатель может быть в ключе, если ключом служит приложение в смартфоне! Всегда рассматриваем вначале функцию::поведение системы в мире, потом выявляем аффорданс для этой функции (и тут возможны варианты, и легко можно обнаружить смену целевой системы, как в примере с ключом: оказывается, надо было рассматривать замок как целевую систему, а ключ как подсистему). По возможности откладываем рассмотрение того, как устроена система как роль/«функциональный объект», ибо если непонятно, что система должна была бы делать (непонятная функция системы) – бесполезно обсуждать устройство системы, которая будет выполнять эту функцию.