 |
Рис. 20. В холодный день обогреватель не справится со своей задачей, тепло будет улетучиваться из всех щелей
|
|
|
|
В балансирующий цикл обратной связи, направленный на поддержание запаса неизменным, нужно вносить поправку на то, чтобы компенсировать влияющие на него же постоянные утечки, в каком бы направлении они ни происходили. Без такой поправки система промахнется мимо желаемого значения, и запас достигнет либо меньшей, либо большей величины.
то придется проводить наем быстрее, чем обычно, чтобы компенсировать уход тех сотрудников, кто уволится, пока вы нанимаете новых служащих. Другими словами, сложившееся у вас представление о системе — мысленная модель — должна включать все важные потоки. В противном случае поведение системы вас сильно удивит.
Прежде чем мы закончим изучение системы с термостатом, нужно проанализировать, как будет меняться поведение в зависимости от изменения температуры на улице. На рис. 19 показан характерный график изменений за сутки для нормально работающей системы с термостатом в условиях, когда ночью сильно холодает и температура падает ниже нуля.
У любого балансирующего цикла обратной связи есть некая переломная точка, после которой другим циклам, влияющим на запас, удается пересилить первый цикл и увести величину запаса в сторону от желаемого значения. В нашей системе с термостатом такое может произойти в том случае, если увеличатся утечки (на улице холоднее или теплоизоляция дома хуже) или обогреватель будет менее мощным — то есть либо цикл, отвечающий за нагрев
| Рис. 19. Обогреватель поднимает температуру в холодной комнате, несмотря на то что постоянно происходит утечка тепла из помещения на улицу, где ночью температура существенно ниже нуля |
|
|
|
воздуха в помещении, станет слабее, либо цикл, описывающий утечки тепла наружу, станет сильнее. На рис. 20 показано, что происходит в системе, если на улице температура точно такая же, как на рис. 19, а тепло теряется быстрее. В этом случае обогреватель не сможет справиться с утечками тепла. Цикл, стремящийся сравнять температуру в помещении с уличной, станет в системе доминирующим, и в комнате тогда будет очень неуютно.
Обратите внимание: изменение во времени переменных, изображенных на рис. 20, происходит с определенной взаимной зависимостью. Сначала и на улице, и в комнате одинаково холодно. Поток тепла от обогревателя больше, чем потери тепла из-за утечек, поэтому в помещении становится теплее. В течение одного-двух часов температура на улице еще довольно умеренная, обогревателю удается компенсировать потери почти полностью, и температура в комнате держится близко к желаемому значению.
Однако затем на улице холодает, утечки становятся сильнее, и обогреватель уже не в состоянии компенсировать все потери. Температура в помещении снижается. Когда к утру на улице снова устанавливается умеренная
| Рис. 20. В холодный день обогреватель не справится со своей задачей, тепло будет улетучиваться из всех щелей |
температура, потери тепла уменьшаются, и обогревателю, который на самим деле ьсе это время работал на полную мощность, удается понемногу поднимать температуру и нагревать комнату.
Изменения происходят по тому же сценарию, что и наполнение ванны: всякий раз, когда обогреватель дает больше тепла, чем теряется из-за утечек, температура в помещении растет. Верно и обратное: всякий раз, когда входящий поток становится меньше выходящего, температура снижается. Если вы потратите некоторое время на изучение изменений в системе по этим графикам и соотнесете их с потоковой диаграммой, у вас сложится довольно полное представление о структурных связях в этой системе и о том, как два цикла обратной связи меряются силами и тем самым вызывают изменение поведения во времени.
|
|
|
Запас, один усиливающий цикл и один балансирующий цикл обратной связи — так изменяются численность населения и величина промышленного капитала
Что будет происходить, если в системе на один и тот же запас влияют усиливающий и балансирующий циклы обратной связи? Это одна из самых важных структур, она часто встречается в реальной жизни. Помимо всего прочего, именно она описывает изменение численности населения и величины капитала в экономике.
Численность населения определяется усиливающим циклом, который описывает ее рост за счет рождаемости, и балансирующим циклом, который описывает ее уменьшение из-за смертности.
Если рождаемость и смертность постоянны (а в реальном мире так бывает редко), то поведение системы описать довольно просто. Население экспоненциально растет или же уменьшается, в зависимости от того, какая петля обратной связи сильнее: усиливающий цикл, ответственный за рождаемость, или балансирующий цикл, описывающий смертность.
| Рис. 21. Численность населения зависит от усиливающего цикла, описывающего рождаемость, и балансирующего цикла, описывающего смертность |
Например, в 2007 г. численность населения в мире составила 6, 6 млрд человек, при этом коэффициент рождаемости обеспечивал примерно 21 рождение на тысячу человек в год (составлял 21 чел. /тыс. в год). Коэффициент смертности составлял 9 чел. /тыс. в год. Рождаемость была существенно выше смертности, и усиливающий цикл в системе был доминирующим. Если коэффициенты рождаемости и смертности останутся такими же, то ребенок, родившийся в 2007 г., к шестидесяти годам будет жить в мире с численностью населения вдвое большей, чем сейчас — это показано на рис. 22.
|
|
|
| Рис. 22. Рост численности населения, если коэффициенты рождаемости и смертности останутся такими же, как в 2007 г. (21 чел. /тыс. в год и 9 чел. /тыс. в год соответственно) |
Если в результате какой-нибудь страшной эпидемии коэффициент смертности резко увеличится, например, ди 30 чел. /тыс., а коэффициент рождаемости останется прежним, в системе будет доминирующим уже другой цикл — описывающий смертность. В мире ежегодно будет умирать больше людей, чем рождается детей, и численность населения будет постепенно уменьшаться — это показано на рис. 23.
Поведение системы становится более интересным, если коэффициенты рождаемости и смертности со временем меняются. Когда ООН делала долговременные прогнозы изменения численности населения, предполагалось, что по мере промышленного развития стран средний коэффициент рождаемости будет уменьшаться (приближаясь к уровню воспроизводства, когда на одну женщину в среднем приходится 1, 85 ребенка). До недавнего времени предполагалось, что коэффициент смертности тоже будет снижаться, однако медленнее, поскольку он и так невелик в большинстве стран мира. Однако из-за эпидемии ВИЧ/СПИДа теперь ООН выдвигает предположение о том, что рост ожидаемой продолжительности жизни в ближайшие 50 лет в ре-
| Рис. 23. Уменьшение численности населения, если коэффициент рождаемости останется таким же, как в 2007 г. (21 чел. /тыс. в год), а коэффициент смертности резко возрастет (до 30 чел. /тыс. в год) |
гионах, где распространены ВИЧ и СПИД, будет гораздо медленнее, чем оценивалось раньше.
|
|
|
Изменение потоков (рождаемость и смертность) вызывает изменение во времени величины запаса (численность населения), и график меняется. Если, к примеру, к 2035 г. рождаемость в мире снизится и сравняется со смертностью, и после этого соответствующие коэффициенты останутся неизменными, то численность населения стабилизируется (это показано на рис. 24). Рождение детей будет точно восполнять естественную убыль населения, установится динамическое равновесие.
Такое изменение в поведении называется обратимым доминированием циклов обратной связи. Доминирование — очень важное понятие в системном мышлении. Если один цикл доминирует над другим, он в большей степени определяет поведение системы. В системах зачастую бывает несколько конкурирующих петель обратной связи, работающих одновременно, но именно доминирующий цикл определяет поведение системы.
В нашем примере поначалу коэффициент рождаемости был больше коэффициента смертности, и доминировал
| Рис. 24. Если рождаемость сравнивается со смертностью, численность населения стабилизируется |
усиливающий цикл, ответственный за рост численности населения. В результате система демонстрировала экспоненциальный рост. Однако по мере того, как уменьшался коэффициент рождаемости, этот цикл постепенно становился слабее. Под конец он сравнялся по мощности с балансирующим циклом, отвечающим за смертность, и тогда установилось динамическое равновесие. При равновесии ни один из циклов не является доминирующим.
Обратимое доминирование присутствовало и в системе с термостатом: когда температура на улице существенно понижалась, утечки тепла в доме с плохо выполненной теплоизоляцией настолько усиливались, что обогреватель уже не справлялся с ними, поэтому в комнате становилось ощутимо холоднее. Если раньше доминировал цикл, отвечающий за нагрев, то потом основное воздействие ьа систему оказывал цикл охлаждения.
|
|
|
