ЧАСТЬ I

СТРУКТУРЫ И ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМ

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сколь бы сложной ни казалась проблема на первый взгляд, при правильном подходе она окажется еще более сложной.

Пол Андерсон

Больше, чем сумма частей

Система — это не просто набор вещей. Система — это совокупность взаимосвязанных элементов, организованных определенным образом для достижения какой-либо цели. Из определения следует, что для описания любой системы необходимы три понятия: элементы, взаимосвязи и функциональное назначение (или цель).

Например, элементы пищеварительной системы — это жевательный аппарат, ферменты, желудок и кишечник. Взаимосвязи в ней осуществляются во время естественного процесса прохождения и переваривания пищи благодаря уникальной последовательности регулирующих химических сигналов. Функциональное назначение этой системы — выделить из пищи питательные вещества, передать их в кровь (другую систему), вывести из организма отходы.

Футбольная команда — это тоже система со своими элементами: игроками, тренером, полем и мячом. Взаимосвязями служат правила игры, тактика тренера, коммуникация игроков и законы физики, которым подчиняются движения мяча и игроков. Цель команды — выиграть, получить удовольствие или необходимую физическую нагрузку, заработать миллионы долларов. Или все сразу.

Школа — это тоже система. Как и город, завод, корпорация или народное хозяйство. Каждое животное и растение представляет собой систему, при этом лес — более крупная система, состоящая из подсистем растений и животных. Планета, Солнечная система, галактика — это тоже системы. Они могут быть встроены в другие, которые, в свою очередь, образуют более сложные системы.

Существует ли что-то, не являющееся системой? Да: любые скопления предметов или объектов без особых взаимосвязей и функционального назначения. Песок, разбросанный на дороге случайно, не образует систему. Можно насыпать еще или убрать немного песка, все равно это будет просто песок на дороге. Но если увеличивать или уменьшать количество игроков на футбольном поле или лишить пищеварительную систему какого-либо органа, система не будет прежней.

Со смертью живое существо теряет «системность». Многочисленные взаимосвязи, которые удерживали вместе все элементы, перестают функционировать, и система распадается. Продукты распада становятся частью более крупной системы — пищевой цепи. Считается, что старые районы города, где все друг друга знают, представляют собой социальные системы, а новостройка — нет. Во всяком случае, до тех пор, пока жильцы не перезнакомятся и не начнут общаться.

Система больше, чем сумма частей, из которых она состоит. Ее поведение может быть адаптивным, динамичным, целеустремленным, ориентированным на самосохранение, а иногда и эволюцию

Из приведенных примеров видно, что системам присуща целостность, для поддержания которой существует целый ряд механизмов. Системы могут изменяться, подстраиваться, реагировать на события, искать новые цели, залечивать раны и заботиться о своей безопасности, словно они живые существа, даже если они таковыми не являются и состоят из неживых элементов или содержат их. Системы могут самоорганизовываться и даже самовосстанавливаться, во всяком случае, в определенном диапазоне воздействий. Они устойчивы, и многие из них способны к эволюции. Из одной системы могут неожиданно возникнуть совершенно новые с характеристиками, которые невозможно было заранее представить.

Взгляд на правила со стороны

Вы думаете, что если понимаете, что такое «один», то сможете понять и что такое «два», потому что один и один — это два. Но вы забываете, что нужно также понимать, что такое «и».

Суфийская притча

Распознать элементы системы достаточно легко, потому что многие из них материальны и осязаемы. Элементы, из которых состоит дерево, — корни, ствол, ветви и листья. При дальнейшем приближении можно увидеть другие, более специализированные элементы: сосудисто-волокнистые пучки, по которым протекает жидкость, хлоропласты и так далее. Система, которую называют «университет», включает в себя такие элементы, как здания, студенты, профессора, администраторы, библиотеки, книги и компьютеры. Можно перечислить, из чего состоят все эти элементы. Они не обязательно должны быть материальными. Неосязаемые активы, например научная школа и академический дух, тоже элементы системы, причем очень важные. Перечислить все элементы какой-либо системы практически невозможно. Можно разделить элементы на подэлементы, а затем на субэлементы и так далее. Продолжая этот процесс, вы довольно скоро потеряете из виду саму систему. И не увидите леса за деревьями.

Прежде чем погрузиться в тему, следует отложить анализ деталей и заняться поиском взаимосвязей, которые удерживают элементы в системе.

ЗАДУМАЙТЕСЬ ОБ ЭТОМ

Чтобы узнать, что перед вами, — система или куча разных предметов, подумайте:

A. Можно ли определить ее части?

Б. Влияют ли они друг на друга?

В. Дают ли они вместе эффект, отличный от эффекта каждой части в отдельности?

Г. Сохраняется ли этот эффект и соответствующее поведение с течением времени и в других условиях?

В системе «дерево» взаимосвязями станут физические потоки и химические реакции, управляющие метаболическими процессами. Они выступают в качестве сигналов, дающих возможность одной части дерева реагировать на то, что происходит в другой. Например, когда в солнечный день из листьев испаряется влага, перепад давления в сосудах, по которым к ним поступает вода, приведет к тому, что корни начнут потреблять больше воды. И наоборот, если почва вблизи корней пересыхает и воды, которую они впитывают, становится недостаточно, происходит снижение давления жидкости в сосудах, которое и служит сигналом листьям закрыть поры, чтобы вся система не теряла драгоценную влагу.

Когда в зоне умеренного климата дни становятся короче, в лиственных деревьях увеличивается количество химических сигналов, регулирующих перемещение питательных веществ из листьев в ствол и корни, и черешки листьев ослабевают, позволяя им опадать. Некоторые деревья укрепляют клеточные мембраны или выделяют запахи, отпугивающие насекомых, когда одна из частей растения подвергается их нападению. Никто до конца не понимает все внутренние процессы дерева. Это неудивительно. Легче понять, что представляют собой отдельные элементы системы, чем их взаимосвязи.

В такой системе, как университет, взаимосвязи включают в себя стандартные требования к приему студентов, к дипломам, экзаменам и выставлению оценок, бюджеты и финансовые потоки, слухи и даже сплетни. Но самое главное — передачу знаний, что, по-видимому, и является целью системы.

Некоторые взаимосвязи в системах проявляются в виде реальных физических явлений, например движение воды вдоль ствола дерева или перемещение студентов по коридорам университета. Другие представляют собой информационные потоки — сигналы, которые поступают к точкам принятия решений или точкам исполнения. Эти типы взаимосвязей увидеть сложнее, но система показывает их внимательному наблюдателю. Готовясь к экзаменам, студенты принимают во внимание неофициальные сведения о том, какой преподаватель чаще ставит хорошие оценки. Потребитель решает, что купить, учитывая свои доходы, накопления, кредитную историю, запас продуктов дома, цены и доступность товаров. Правительствам разных стран требуется информация об уровне загрязненности воды для принятия разумных мер по устранению этой проблемы. (Обратите внимание: информация о том, что существует проблема, необходима, но ее недостаточно для инициирования действия — требуются также данные об имеющихся ресурсах, стимулах и последствиях.)

Многие взаимосвязи в системах осуществляются через потоки информации. Она удерживает элементы системы вместе и во многом определяет их дальнейшие действия

Взаимосвязи, основанные на передаче информации, выявить непросто, но еще сложнее определить функциональное назначение или цели системы. Их далеко не всегда обязательно проговаривают, прописывают или выражают как-то еще. Они проявляются через действия самой системы. Лучший способ выявить цель системы — это понаблюдать некоторое время за ее поведением.

Если лягушка поворачивается направо и ловит муху, потом поворачивается налево и ловит муху, а затем поворачивается назад и ловит муху, очевидно, что ее цель не вертеться в разные стороны, а ловить мух. Если правительство заявляет о заинтересованности в сфере экологии, но выделяет на это мало средств или прикладывает мало усилий, защита окружающей среды фактически не является его целью. Сделать вывод о том, какие цели стоят перед ним, можно, только основываясь на действиях, а не на декларациях.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ НА ТЕРМИНЫ

Термин функциональное назначение (или функция) обычно используется для описания систем, не связанных с людьми, в отличие от термина цель. Однако различие между ними некритично, поскольку во многих системах есть элементы как включающие, так и не включающие людей.

Функциональное назначение централизованной системы отопления — поддержание определенной температуры в здании. Одна из функций растений — выращивать семена и воспроизводить новые растения, а национальной экономики — поддерживать свой дальнейший рост. Основная же цель почти каждой системы — в обеспечении условий для продолжения собственного существования.

Цели системы не обязательно должны совпадать с целями людей в целом и тем более с целями отдельного актора в системе. Один из самых неприятных моментов, связанных с функционированием системы, заключается в том, что иногда цели ее составляющих элементов могут так изменить поведение системы, что полученный результат не устроит никого. Никто не стремится создать общество с безудержным ростом наркомании и неконтролируемой преступностью, но посмотрите, как соотносятся цели и возможные последствия:

• отчаявшиеся люди хотят быстро избавиться от страданий;
• фермеры, наркоторговцы и банкиры хотят зарабатывать деньги;
• наркоторговцы заинтересованы в соблюдении законов меньше, чем полицейские;
• власти запрещают оборот определенных веществ и используют полицию, обязанность которой — обеспечить соблюдение за­прета;
• богатые люди живут в непосредственной близости от бедных;
• тех, кто наркотики не употребляет, больше беспокоит собственная безопасность, чем лечение наркозависимых людей.

В результате формируется система, в которой чрезвычайно трудно искоренить наркоманию и преступность.

Системы могут входить в состав других систем. Поэтому одни цели могут включаться в другие, более крупные. Цель университета — делать научные открытия, сохранять знания и передавать их новым поколениям. Но в том же университете цель студента, возможно, — получение хороших оценок, цель профессора — быть зачисленным в штат, цель администрации — соблюдение бюджета. Любая из подцелей способна конфликтовать с общей целью: студент может списывать на экзаменах, профессор — использовать университет только для публикации научных работ, а не для обучения студентов, администрация — увольнять профессоров для сокращения расходов. Согласованность целей подсистем и общих целей системы — важная характеристика успешной системы. К этому вопросу мы вернемся позже, при рассмотрении иерархии.

Можно понять, насколько важную роль играют элементы, взаимосвязи и цели системы, если представить, как они по очереди изменяются. Изменение элементов обычно оказывает наименьшее влияние на систему. Если вы замените всех игроков в футбольной команде, она все равно останется футбольной командой, как бы ни играла — значительно хуже или лучше (отдельные элементы могут быть и правда важными). Деревья постоянно обновляют свои клетки и каждый год сбрасывают листья, но остаются деревьями. В вашем теле большая часть клеток каждые несколько недель заменяется, но тело по-прежнему ваше. В университетах постоянно изменяется состав студентов, профессоров и руководителей, но они по-прежнему остаются университетами. Точно так же, например, удивительным образом сохраняют свою идентичность и крупные компании типа General Motors, несмотря на текучесть кадров, и конгресс США, члены которого регулярно переизбираются. Система, как правило, продолжает существовать даже при полной замене всех ее элементов, пока их взаимосвязи и цели остаются неизменными.

Функциональное назначение или цель системы, как правило, не выражены явно, но зачастую именно они становятся решающим фактором, определяющим поведение системы

Если изменить взаимосвязи, то система может существенно преобразиться, пусть даже действующие лица останутся прежними. Если изменить правила игры с футбольных на баскетбольные, вы получите совершенно новую игру с мячом. Представьте, что вы измените взаимосвязи в дереве. Вместо того чтобы поглощать углекислый газ и выделять кислород, дерево станет дышать кислородом и выделять углекислый газ. Разве это будет дерево? (Скорее животное.) Если бы в университете студенты оценивали профессоров, а аргументом в научных спорах служил кулак, а не разум, это была бы любопытная организация, но не университет.

Изменение взаимосвязей в системе, а также функционального назначения или цели грозит драматичными последствиями. Что произойдет, если игроки и правила игры останутся прежними, но изменится цель: вместо выигрыша — проигрыш, например? Или целью дерева станет не выживание и воспроизведение, а поглощение всех питательных веществ из почвы и бесконечный рост? Целями обучения и преподавания в университете могут быть не только получение и распространение знаний, но и зарабатывание денег, идеологическое воспитание, победы в университетских спортивных состязаниях и так далее. Изменение цели существенно повлияет на всю систему, даже если элементы и взаимосвязи в ней останутся прежними.

Бессмысленно спрашивать, что именно — элементы, взаимосвязи или цели — имеет решающее значение. Важно все. Все находится во взаимодействии. У всех свои роли. Но наименее очевидная часть системы, ее функция или цель, часто становится фактором, определяющим поведение системы. Взаимосвязи тоже важны. Их изменение обычно сказывается на поведении всей системы. Элементы — части систем, которые мы обычно замечаем, часто (не всегда) оказываются наименее значимыми для определения уникальных характеристик системы, если, конечно, замена элемента не приводит к изменению связей или цели.

Замена одного лидера другим — Брежнева Горбачевым или Картера Рейганом — может изменить вектор развития страны, хотя и земли, и фабрики, и сотни миллионов людей останутся прежними. Или нет. Лидер способен ввести новые «правила игры» или поставить новую цель.

Но физические элементы системы (земли, заводы и люди) имеют длительный жизненный цикл и изменяются медленно, поэтому существует предел скорости, с которой любой лидер может изменить направление развития страны.

Поведение системы во времени

Информация, содержащаяся в природе, позволяет нам частично реконструировать прошлое… И изменение меандров рек, и комплексное строение растительного покрова земной коры… такие же источники информации, как и генетические системы… Сохранение информации означает увеличение сложности механизма.

Рамон Маргалеф

Запасы — основа любой системы. Это элементы, которые в любой момент времени можно увидеть, пощупать, посчитать или измерить. Запасы системы — все, что можно выразить количественно, все, что накапливается со временем, как в материальном плане, так и в нематериальном (информация): вода в ванне, население страны, книги в книжном магазине, объем древесины в дереве, деньги на счету в банке и даже ваша уверенность в себе. Запасы не обязательно должны проявляться физически. Например, доброжелательность по отношению к окружающим или надежда на то, что мир может стать лучше, тоже своего рода запасы­.

Запасы — это память об изменениях потоков внутри системы

Величина запасов со временем изменяется из-за непостоянства потоков. Потоки бывают входящими и исходящими: рождение и смерть, покупка и продажа, рост и загнивание, вложение и изъятие денег с банковских счетов, успехи и неудачи.

Таким образом, запас — текущая информация об изменениях потоков внутри системы.

Месторождение полезных ископаемых — пример запаса, а добыча руды — исходящий поток из него. Существенный входящий поток руды в месторождения (восполнение ее запасов) занимает миллиарды лет, по­это­му на рисунке 2 изображена упрощенная схема системы, в которой нет входящего потока. На самом деле любые диаграммы и описания систем — это упрощенные версии реальных объектов в мире.

Вода в водохранилище — запас, пополняемый дождевыми и речными водами. Исходящие потоки водохранилища — испарение и сброс воды через плотину.

Объем древесины в деревьях — еще один пример запаса. Его входящий поток — рост деревьев. Исходящий — естественная гибель деревьев и вырубка леса. Вырубленные деревья становятся новым видом запасов, например стройматериалами на складе лесопилки. Его исходящий поток — продажа пиломатериалов клиентам.

Если вы понимаете динамику запасов и потоков, то есть их изменение с течением времени, то хорошо разбираетесь в поведении сложных систем. Если вам приходилось набирать воду в ванну, вы должны понимать эту динамику.

Представьте ванну, наполненную водой. Слив закрыт, краны выключены — неизменная, статичная, скучная система. Теперь представьте, что затычку вытащили. Очевидно, уровень воды в ванне будет падать до тех пор, пока она не станет пустой.

КАК ЧИТАТЬ ГРАФИКИ И СХЕМЫ ИЗМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ВО ВРЕМЕНИ

Чтобы понять, как изменяется система с течением времени, нет смысла фокусироваться на отдельных событиях. Для этого используются соответствующие графики поведения систем во времени, которые в том числе позволяют узнать, приближается ли система к цели или пределу, и если да, то как быстро.

Вертикальная ось на таких графиках отображает величину (или уровень) запаса или потока. При этом форма линии, равно как и точки, в которых она изменяет направление, обычно более информативны, чем конкретные значения.

Горизонтальная ось времени позволяет понять последовательность изменений и что может произойти в дальнейшем. Мы можем выбрать определенный временной диапазон, чтобы узнать поведение системы в заданный промежуток времени.

А теперь снова представьте, что перед вами полная ванна и вы опять открываете сливное отверстие, но на этот раз, когда ванна примерно наполовину опустела, включаете кран. Скорость поступающей в ванну воды из крана становится равной скорости вытекания воды в слив. Что произойдет? Количество воды остается постоянным. Такое состояние называется динамическим равновесием: уровень воды в ванне не изменяется, хотя вода непрерывно протекает через ванну.

Представьте, что вы поворачиваете кран, постепенно увеличивая напор воды. В этом случае в ванну будет поступать больше воды, чем вытекать из нее, и уровень воды начнет медленно подниматься. Если вы ослабите давление, уровень воды перестанет расти. Выключите кран — и уровень воды станет медленно падать.

Модель с наполнением ванны водой — описание очень простой системы с одним входящим и одним исходящим потоками. В ней было сделано допущение, что в течение краткого периода времени (минуты) испарение из ванны было незначительным, и поэтому оно не учитывалось как исходящий поток. Все модели — умозрительные или математические — это упрощения реального мира. Зная динамические возможности этой модели, вы выявите несколько важных принципов, которые распространяются и на более сложные системы:

• Если сумма величин всех входящих потоков превышает сумму исходящих, уровень запаса будет расти.
• Если суммарная величина всех исходящих потоков превышает суммарную величину всех входящих, уровень запаса будет падать.
• Если суммарная величина всех исходящих потоков равна суммарной величине всех входящих, уровень запаса не изменится; запас будет находиться в динамическом равновесии на том уровне, которого он достиг в тот момент, когда входящий и исходящий потоки стали равными.

Человеческий разум склонен в первую очередь обращать внимание на запасы, а не на потоки. При этом когда мы сосредоточиваемся на потоках, мы чаще присматриваемся к входящим потокам, а не к исходящим. Поэтому мы иногда забываем, что можно заполнить емкость не только за счет увеличения скорости входящего потока, но и за счет снижения скорости исходящего. Все понимают, что можно продлевать жизнедеятельность нефтяной отрасли, лишь открывая новые нефтяные месторождения. Сложнее осознать, что такой же результат можно получить, уменьшая расход нефти. Прорыв в области эффективного использования электроэнергии эквивалентен открытию нового нефтяного месторождения, хотя в этом случае выиграют совсем другие люди.

Запасы могут быть увеличены как за счет уменьшения скорости исходящих потоков, так и за счет увеличения скорости входящих. Существует несколько способов заполнить ванну!

Аналогично компания может удерживать численность персонала примерно на одном уровне и нанимая больше новых сотрудников, и стараясь сохранить старых. Эти две стратегии требуют совершенно разных затрат. Благосостояние страны можно увеличить за счет инвестиций в строительство фабрик и производство оборудования. А можно (зачастую это дешевле) за счет снижения скорости износа оборудования и повышения его качества.

Наполняя ванну, можно перекрывать слив и открывать краны, то есть регулировать потоки. Гораздо труднее быстро изменить уровень воды — объем запаса. Вода не утечет в слив мгновенно, даже если вы полностью его откроете. Ванна не заполнится сразу, даже если вы повернете ручку крана до предела. Чтобы уровень запасов изменился, входящим и исходящим потокам требуется время. Это крайне важно. Это ключ к пониманию того, почему системы ведут себя так, а не иначе. Изменение запасов не происходит быстро. Это может выражаться в запаздывании, инертности системы. Запасы могут выступать в качестве смягчающего буфера по отношению к внешним воздействиям на систему.

Запасы обычно изменяются медленно, даже когда входящие и исходящие потоки меняются внезапно. Происходит запаздывание изменения запаса, или он действует как смягчающий буфер по отношению к внешним воздействиям на систему

Люди часто недооценивают инертность, внутренне присущую запасам. Чтобы численность населения, объем древесины или уровень воды в резервуаре увеличились, требуется время. Государство не построит много действующих заводов, автомагистралей и электростанций за одну ночь даже при наличии средств. Невозможно быстро переоборудовать большую часть заводов и автомобильных двигателей, работающих на нефтяном топливе, для использования топлива другого типа, даже если цена на нефть внезапно возрастет. Загрязнение стратосферы, сопровождающееся разрушением озонового слоя, длилось десятилетия. На устранение этой проблемы тоже потребуются десятилетия.

Изменения в запасах определяют динамичность систем. Индустриализация не осуществится быстрее скорости, с которой строятся фабрики, изготавливается оборудование, обучается персонал. Леса не вырастают в одночасье. Время на очистку грунтовых вод определяется скоростью их оборота, то есть на это могут уйти десятилетия или даже столетия.

Запаздывания по времени, вызываемые медленным изменением запасов, могут провоцировать проблемы в системах, но также могут быть источниками стабильности. Почвенные наносы, накапливавшие­ся столетиями, не могут в одночасье подвергнуться эрозии. Специалисты, получившие профессиональную подготовку, не забывают всё мгновенно. Можно достаточно долго добывать грунтовые воды со скоростью, превышающей скорость пополнения запаса. Такие временные задержки позволяют маневрировать, экспериментировать и изменять неработающие стратегии.

Если вы мыслите здраво и способны понять, с какой скоростью изменяются запасы, то не станете ожидать, что события произойдут быст­рее возможного. Вы не сдадитесь слишком рано, а извлечете пользу из инертности системы. Мастера дзюдо используют задержку в движении противника, чтобы одержать победу.

Существует еще один важный принцип поведения запасов в системах, — принцип, который приведет нас к понятию обратной связи. Наличие запасов позволяет входящим и исходящим потокам не зависеть друг от друга и временно оставаться не сбалансированными

Было бы сложно управлять нефтяной компанией, если бы требовалось производить бензина столько, сколько его расходуется в данный момент. Невозможно вырубать лес с такой же скоростью, с которой растут деревья. Бензин в резервуарах-хранилищах и древесина в лесу — это запасы, позволяющие жить с долей определенности и предсказуемости, даже если на короткое время потоки изменятся.

Благодаря запасам входящие и исходящие потоки могут быть независимыми друг от друга и не уравновешиваться в течение некоторого промежутка времени.

Чтобы входящие и исходящие потоки не зависели друг от друга и оставались устойчивыми, люди изобрели сотни устройств, позволяющих поддерживать запасы на определенном уровне. Водохранилища дают возможность населению и фермерам жить и работать, не опасаясь засухи и наводнений. Благодаря накоплениям на банковском счете мы иногда тратим больше, чем зарабатываем. Запасы продуктов на складах позволяют цепочке от дистрибьюторов к оптовикам и — далее — к розничным торговцам бесперебойно удовлетворять спрос потребителей, даже если темпы производства варьируются.

Большинство решений, принятых отдельными людьми или организациями, направлено на то, чтобы регулировать величину запасов. Если объем запасов становится слишком высоким, необходимо либо снижать цены, либо увеличивать рекламный бюджет. Тогда продажи возрастут, а запасы уменьшатся. Обнаружив, что дома практически не осталось продуктов, вы пойдете в магазин. В зависимости от происходящего с посевами на полях фермеры решают, применять ли пестициды и усиливать ли полив; зерновые компании рассчитывают, какое количество транспортировочных средств заказывать для перевозки урожая; перекупщики вычисляют будущие цены на урожай; скотоводы регулируют поголовье скота. Уровень воды в водохранилищах всегда находится под контролем, так как он не должен быть ни слишком высоким, ни слишком низким. И точно так же, как вы следите за количеством денег в своем кошельке, нефтяные компании следят за запасами нефти, фабрики, на которых производят бумагу, — за запасами древесины, а местные власти — за концентрацией загрязняющих веществ в озере.

Любые запасы находятся под постоянным контролем. В зависимости от величины прихода и расхода принимаются соответствующие решения, направленные на увеличение, уменьшение и поддержание уровня запасов в допустимых пределах. Специалисты, хорошо представляющие, что такое системы, рассматривают мир как множество запасов, величина которых регулируется соответствующими механизмами и за счет управления потоками.

Это означает, что они смотрят на мир как на совокупность «процессов обратной связи».

Как система управляет собой: обратная связь

Управление информационными системами с обратной связью лежит в основе всей жизни и всех человеческих усилий, от медленных шагов биологической эволюции до запуска космических спутников… Все, что мы делаем как индивидуумы, как предприятие или как общество, осуществляется в том же контексте информационной системы с обратной связью.

Джей У. Форрестер

Если независимо от внешних факторов запасы увеличиваются, уменьшаются быстрыми темпами или удерживаются в определенном диапазоне, значит существует некий механизм управления системой. Другими словами, если поведение системы не меняется со временем, то на систему удастся воздействовать и делать это через цикл обратной связи. Последовательное поведение системы в течение длительного периода времени — первый признак наличия цикла обратной связи.

О действии обратной связи можно говорить в тех случаях, когда изменение запаса влияет на входящие и исходящие потоки. Цикл обратной связи может быть довольно простым и явно выраженным. Рассмотрим процентный сберегательный вклад в банке. Общая сумма на счете влияет на сумму денежных средств, поступающих на него в виде процентов. По правилам банка начисление процентов происходит не реже раза в год. Начисленная сумма, выплачиваемая ежегодно, не остается фиксированной величиной и зависит от размера общей суммы на счете.

С примером действия цикла обратной связи сталкиваются и те из вас, кто ежемесячно получает зарплату на карту. Если баланс средств на счете (запас) снижается, вы решаете, например, работать больше, чтобы больше зарабатывать. Деньги, поступающие на карту, — поток, который можно отрегулировать таким образом, чтобы увеличить запас до желаемого значения. Если накопления становятся достаточно большими, вы можете начать работать меньше (уменьшая входящий поток). Такой тип обратной связи позволяет поддерживать запас денег на приемлемом для вас уровне. На самом деле корректировка доходов не единственный цикл обратной связи, который работает на вашем денежном счете. Существует также и цикл обратной связи, регулирующий исходящие из запасов на счете потоки.

За счет действия циклов обратной связи уровень запаса поддерживается в пределах определенного диапазона, увеличивается или уменьшается. В любом случае входящие и исходящие потоки корректируются при изменении величины запаса. В случае нежелательного изменения уровня запасов запускается процесс, вносящий изменения в систему, который осуществляется путем увеличения или уменьшения темпа входящего и/или исходящего потоков. Можно сказать, что уровень запаса управляет собой через обратную связь, состоящую в последовательности сигналов и действий.

Цикл обратной связи представляет собой замкнутую цепочку причинно-следственных связей, которые реализуются через набор решений или правил, физических законов или действий и не только зависят от уровня запаса, но и влияют на него

Не все системы имеют циклы обратной связи. Некоторые из них относительно просты и представляют собой открытые цепочки запасов и потоков, на которые могут влиять лишь внешние факторы. Но уровни запасов в них не влияют на величину потоков. Тем не менее, как мы увидим дальше, систем с обратной связью намного больше.

Стабилизирующие циклы. Балансирующая обратная связь

Как вы видели на примере изменения текущего счета в банке, существует вид цикла обратной связи, который стабилизирует величину запаса. Уровень запаса не может оставаться строго фиксированным, его величина колеблется в допустимом диапазоне. Ниже приведены примеры стабилизирующих циклов обратной связи, которые могут быть вам знакомы. В них подробно излагаются некоторые этапы цикла обратной связи.

Если вы пьете кофе для того, чтобы почувствовать прилив бодрости, то берете в руки чашку горячего черного напитка и представляете, что становитесь энергичнее (пополняете уровень запаса энергии). Цель этой системы доставки кофеина — удержать ваш фактический запас энергии на желаемом уровне. Конечно, цели могут быть и другими: насладиться прекрасным ароматом, выпить чашечку кофе в приятной компании и так далее, но именно то обстоятельство, что вы менее энергичны, чем вам необходимо, и провоцирует желание выпить кофе.

Обратите внимание, что надписи на рисунке 9, как и на всех подобных схемах в этой книге, не содержат сравнения больше/меньше. Надписи гласят «запас энергии в организме», а не «низкий уровень энергии», «употребление кофе», а не «употребление большего количества кофе». Такая формулировка объясняется тем, что циклы обратной связи часто работают в двух направлениях. В нашем случае цикл обратной связи может корректировать как избыточные потоки, так и недостаточные. Если вы выпьете слишком много кофе, уровень энергии повысится и какое-то время вы будете воздерживаться от кофеина. Если энергетический уровень окажется слишком высоким, вы сократите потребление кофе до тех пор, пока он не достигнет нормального значения. Схема показывает, что цикл обратной связи работает в сторону как уменьшения, так и увеличения запасов.

На схеме можно было бы показать входящий поток энергии просто вытекающим из «облака», но в данном случае схема немного сложнее. Нельзя забывать, что на любой системной схеме реальный мир представлен упрощенно. Насколько — решать вам. В приведенном выше примере упоминается еще один запас — запас энергии в организме, и эта энергия активируется при помощи кофеина. Это показывает, что система — нечто большее, чем один простой цикл. Каждый любитель кофе знает, что действие кофеина достаточно быстро заканчивается. Образно говоря, кофе позволяет быстрее запустить двигатель, но не наполняет «топливный бак». В результате организм становится еще более истощенным, чем до употребления кофе. Это активирует новый цикл обратной связи и заставляет нас снова наполнять свою кружку бодрящим напитком (см. далее описание наркотической зависимости), хотя разумнее и дальновиднее было бы перекусить, прогуляться или выспаться.

Такой стабилизирующий, целенаправленный, регулирующий величину запасов цикл называется балансирующим (уравновешивающим, стабилизирующим) циклом обратной связи, и на схемах такие циклы отмечены буквой «Б». Цель балансирующих циклов обратной связи — достижение необходимого уровня запасов и стабилизация их величины. Каждый подобный цикл стремится к тому, чтобы удерживать величину запасов на заданном уровне (или в пределах определенного диапазона). Балансирующий цикл противодействует любому воздействию на систему, которое может изменить запасы. Если запасы слишком сильно возрастут, действие цикла будет направлено на их уменьшение, и наоборот.

Еще один пример кофе и балансирующего цикла обратной связи, который относится не к человеческим решениям, а к законам физики. Горячий кофе в чашке постепенно остывает до комнатной температуры. Скорость его охлаждения зависит от разницы между температурой кофе и температурой в помещении. Чем она больше, тем быстрее будет остывать кофе. Цикл работает и в обратную сторону: если вы приготовите холодный кофе в жаркий день, он будет нагреваться до тех пор, пока его температура не станет такой же, как температура в помещении. Цель этой системы — довести разницу температур между температурой кофе и температурой воздуха в помещении до нуля. И не имеет значения, был ли кофе более горячим или более холодным.

Графики, приведенные на рисунке 11, показывают, как меняется температура холодного и горячего кофе в одном помещении с течением времени. Это типичный пример поведения балансирующего цикла обратной связи. Независимо от изначального значения запаса системы (температуры кофе), будь оно выше или ниже желаемого (комнатной температуры), цикл обратной связи приближает его к одной и той же цели. Сначала изменения происходят быстро, но скорость охлаждения (или нагрева) постепенно снижается по мере того, как расхождение между текущим и целевым значением запаса уменьшается.

Эту модель поведения — стремление системы к заданной цели — можно проследить, наблюдая за радиоактивным распадом, само­наводящимися ракетами, обесцениванием активов, контролируемым уровнем воды в водохранилище, регуляцией организмом уровня глюкозы в крови, торможением автомобиля перед светофором. Придумайте свои примеры. Мир полон циклов обратной связи.

Балансирующие (уравновешивающие, стабилизирующие) циклы обратной связи — это структуры, цель которых заключается в стремлении к поддержанию запасов на требуемом уровне и обеспечении стабильности и устойчивости системы

Наличие механизма обратной связи не значит, что он работает хорошо. Он может оказаться недостаточно сильным, чтобы довести запас до желаемого уровня и поддерживать его. Взаимные влияния элементов системы, ее информационная часть дают сбои по многим причинам. Информация запаздывает или поступает не в тот участок системы. Она может быть неявной, неполной или труднораспознаваемой. Ответная реакция — слишком слабой, запоздалой, недостаточной или неэффективной. Тогда цель обратной связи не реализуется. Но в случае с чашкой кофе температура напитка в итоге все же сравняется с комнатной температурой.

Отклоняющиеся циклы. Усиливающая обратная связь

Мне нужен отдых, чтобы освежить разум. Чтобы отдохнуть, необходимо путешествовать, чтобы путешествовать, надо иметь деньги, чтобы иметь деньги, нужно работать… Я в порочном кругу… из которого невозможно выбраться.

Оноре де Бальзак, писатель и драматург XIX века

В этой ситуации мы сталкиваемся с очень важной особенностью. Кажется, эти рассуждения приводят нас в замкнутый круг: прибыль упала, потому что уменьшились инвестиции, а инвестиции уменьшились, потому что упала прибыль.

Ян Тинберген, экономист

Второй вид циклов обратной связи нарастает как снежный ком. Циклический круг может привести как к желаемым, так и нежелательным последствиям, может вызвать стабильный рост или разрушение. Он называется усиливающим циклом обратной связи и помечается на схемах «Усил.». Такие циклы увеличивают входящие потоки в случаях, когда значение запаса уже высокое (и уменьшают, когда низкое). Усиливающий цикл обратной связи при любом направлении изменений делает их более выраженными.

Например:

• Чем сильнее один брат толкает другого, тем сильнее второй старается толкнуть первого, и наоборот.
• Чем больше растут цены, тем сильнее должна повышаться заработная плата, чтобы люди могли поддерживать определенный уровень жизни. Чем выше заработная плата, тем сильнее нужно повышать цены, чтобы прибыль оставалась на требуемом уровне. Это означает, что заработная плата снова должна возрасти, а за ней и цены.
• Чем больше кроликов спаривается, тем больше рождается крольчат. Чем больше крольчат, тем больше вырастет кроликов, которые дадут потомство.
• Чем сильнее верхний слой поверхности земли подвергается эрозии, тем менее пригодным для растений становится. Поэтому в почве оказывается мало корней, которые могли бы ее укрепить. В итоге качество почвы ухудшается, и на ней вырастает еще меньше растений.
• Чем больше я играю на фортепиано, тем больше удовольствия получаю от его звучания, и поэтому еще больше времени провожу за инструментом, тем самым повышая уровень игры и получая удовольствие.

Усиливающие циклы есть в любой системе, элемент которой способен воспроизводить сам себя или часть себя. Они действуют в таких системах, как, например, население страны или экономика. Помните пример с банковским счетом? Чем больше у вас денег в банке, тем боль­шую сумму вы получаете в виде процента. В итоге сумма на счете увеличивается, а вместе с ней и следующая выплата.

Пять кривых, приведенных на рисунке 13, показывают, как благодаря усиливающему циклу происходит увеличение суммы средств на счетах с разными процентными ставками — от 2 до 10% в год, — на которых исходно лежало 100 долларов. При этом никаких дополнительных взносов или снятий в течение двенадцати лет не предполагается.

Кривые, приведенные на рисунке 13, отражают не просто линейный рост. Видно, что скорость роста непостоянна. Увеличение банковского счета при более низких процентных ставках кажется линейным первые несколько лет. На самом деле скорость роста все время увеличивается.

Чем больше денег на счете, тем больше прибыль. Такой рост называется экспоненциальным. Это может быть как хорошо, так и плохо — в зависимости от того, о чем идет речь. О счете в банке, о носителях ВИЧ, о количестве вредителей на кукурузном поле, о национальном благосостоянии или о запасах оружия в гонке вооружений.

Усиливающие циклы обратной связи, работая сами на себя, с течением времени приводят систему к экспоненциальному росту или разрушению. Их можно обнаружить в системах, запас которых имеет способность воспроизводить и умножать себя

Схема реинвестирования капитала (рис. 14) отчетливо демонстрирует: чем больше оборудования и фабрик (вместе именуемых «капитал») у вас имеется, тем больше товаров и услуг («продукты») вы можете произвести. Чем больше продуктов вы произведете, тем больше инвестируете в строительство новых заводов и закупку оборудования, чтобы выпустить еще больше. Усиливающий цикл обратной связи — главный двигатель роста экономики.

Вы уже познакомились с основными принципами действия балансирующих и усиливающих циклов обратной связи в системах. Представьте любое решение без влияния обратной связи. Решение, которое принимается без учета информации об уровне запаса, на который оно должно повлиять. Задумайтесь! Чем больше вы будете думать, тем больше циклов обратной связи начнете видеть вокруг себя.

Самые распространенные примеры систем «без обратной связи», которые предлагают студенты, — влюбленность и самоубийство. А как вам кажется, эти решения принимаются без какой-либо обратной связи­?

Но будьте осторожны! Есть опасность, что вы станете системным мыслителем! И тогда вместо того чтобы видеть только то, как A влияет на Б, вы начнете задаваться вопросами, как Б влияет на A и как A усиливает или изменяет себя. Когда услышите в новостях, что Федеральный резервный банк предпринял какие-либо действия для регулирования экономики, то сразу поймете, что экономика как-то повлияла на Федеральный резервный банк. Когда кто-нибудь скажет, что рост населения приводит к бедности, вы спросите себя: «А влияет ли бедность на рост населения?»

ОБ УСИЛИВАЮЩИХ ЦИКЛАХ И ВРЕМЕНИ УДВОЕНИЯ

Поскольку мы часто сталкиваемся с усиливающими циклами, полезно знать одну их особенность: время, затрачиваемое на то, чтобы величина запаса удвоилась при ее экспоненциальном росте («время удвоения»), примерно равно частному от деления 70 на величину скорости роста (в %).

Например: если вы положите в банк 100 долларов под 7% годовых, то удвоите сумму своих сбережений через 10 лет (70/7 = 10). Если ставка равна 5% — на удвоение суммы вам понадобится 14 лет.

Теперь вы будете представлять мир не статичным, а динамичным. Вы перестанете искать виноватого, а вместо этого задумаетесь: «Как работает система?» Концепция обратной связи подсказывает нам, что система способна сама отвечать за свое поведение.

ПОДУМАЙТЕ ОБ ЭТОМ

Если A является причиной Б, возможно ли, что Б тоже служит причиной А?

До сих пор мы рассматривали системы только с одним циклом обратной связи. Конечно, в реальных системах такое встречается редко. Цикл, как правило, не один, и для них часто характерны фантастически сложные взаимосвязи. Для одного запаса естественно иметь несколько усиливающих и балансирующих циклов различной силы, растягивающих его в нескольких направлениях. Один поток может корректироваться значениями трех, пяти или двадцати разных запасов. Он может увеличивать один запас, истощая этим другой, а в результате изменяя еще и третий. Во многих системах циклы обратной связи все время «перетягивают на себя одеяло», действуя друг против друга, пытаясь одновременно заставить запасы расти, уменьшаться или находиться в равновесии. В результате сложные системы демонстрируют гораздо более сложное поведение, чем стагнация, или экспоненциальный рост, или планомерное достижение целей. И об этом мы поговорим в следующей главе.

Отправить