Донелла Медоуз Азбука системного мышления




страница3/35
Дата02.09.2016
Размер2.84 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   35
Задачи про трубы и бассейны: понимание поведения системы во времени


Информация, содержащаяся в природе, ... позволяет нам частично реконструировать прошлое...

Меандры, образуемые реками, возрастающая сложность земной коры... — все это хранит в себе информацию так же, как это делают генетические системы...

Сохранение информации означает, что механизм становится все сложнее.

Рамон Маргалеф9

Запасы10 — это основа любой системы. Те элементы в системе, которые можно увидеть, ощутить, количественно оценить или непосредственно измерить в любой момент времени, присутствуют в системе в виде запасов. Запас (или уровень) — это то, что имеется в определенном количестве, накоплено за какой-то период времени, запасено в материальной форме или в виде информации. Это может быть уровень воды в бассейне, численность населения, количество книг в книжном магазине, объем древесины, содержащейся в дереве, сумма на счете в банке или даже уровень вашей уверенности в себе. Запас не обязательно имеет физическое воплощение. Ваша доброжелательность по отношению к окружающим и уверенность в том, что мир может стать лучше, тоже могут быть своеобразными уровнями.

Запасы и уровни отражают хронологию изменений потоков в системе.

Уровни меняются во времени в результате работы потоков. Потоки могут быть входящими (увеличивающими уровень) или исходящими (понижающими уровень). Рождаемость и смертность, закупки и продажи, рост и разложение, вложение денег в банк и отзыв вклада, ряд успехов и череда неудач — все это потоки. А запас или уровень отображают собой хронологию изменений этих потоков в системе.






Рис. 1. Как читать потоковые диаграммы.

В этой книге запасы или уровни изображаются прямоугольниками, а потоки — «трубопроводами» со стрелками, ведущими к прямоугольнику или из него. На каждом трубопроводе изображен «вентиль», который можно либо открывать больше или меньше, регулируя поток, либо держать в полностью открытом или полностью закрытом состоянии. «Облака» в начале и конце схемы символизируют источник и сток соответствующего потока, их физический смысл нам не важен
Залежи полезных ископаемых — пример запаса. Из него исходит поток руды, получаемой в результате разработки месторождения. Поток, пополняющий запасы руды в месторождении, пренебрежимо мал, поскольку накопление ископаемых требует многих миллионов лет. Схема на рис. 2 учитывает это, в ней входного потока уже нет. Абсолютно все системные диаграммы и схемы используют упрощенное представление реального мира.


Рис. 2. Месторождение постепенно истощается в результате добычи полезных ископаемых
Вода в водохранилище тоже представляет собой запас и характеризуется уровнем. Он поднимается в результате дождей и за счет стока рек, понижается из-за испарения воды с поверхности и из-за водосброса через плотину.


Рис. 3. Уровень воды в водохранилище с несколькими входными и выходными потоками
Количество древесинв1 в лесу — это тоже запас. Входной поток — это рост дереввев. Вв1 ходные потоки — гибелв деревьев в резулвтате естественных причин и рубок, которые производят лесозаготовители. Срубленные дереввя становятся другим запасом, например, стройматериалами на лесопилке. В свою очередв, из него исходит поток пиломатериалов, проданнв!х потребителям.


Рис. 4. Запас древесины в лесу и связанный с ним запас пиломатериалов
Если вы понимаете динамику запасов и потоков — то есть их поведение во времени — тогда вы имеете достаточное представление о поведении сложных систем. Если в детстве вы решали математические задачи про воду, втекающую и вытекающую из бассейна или ванны, значит, понимание динамики запасов и потоков у вас уже есть.


Рис. 5. Простейшая схема ванны: один запас, один входной и один выходной потоки
Представьте себе ванну, наполненную водой. Сливное отверстие заткнуто, оба крана закрыты. Скучная, статичная, неизменная система. А теперь мысленно откройте сливное отверстие. Разумеется, вода начнет вытекать из ванны. Уровень начнет понижаться, пока не станет нулевым, когда ванна опустеет.


Рис. 6. Изменение объема воды в ванне при открытом сливе
Теперь снова представьте себе ванну, полную воды, снова откройте слив, но на этот раз в тот момент, когда ванна уже опустеет наполовину, откройте краны, чтобы количество поступающей воды было равно количеству вытекающей. Что произойдет дальше?

Количество воды в ванне стабилизируется на уровне, который был в тот момент, когда входной поток сравнялся с выходным. Установится динамическое равновесие, при котором уровень не меняется, хотя вода непрерывно течет, поступая в ванну и вытекая из нее через сливное отверстие.

Теперь представьте себе, что вы открыли краны сильнее, и в ванну поступает больше воды, чем вытекает из нее. Уровень воды начнет постепенно расти. Если вы прикроете кран настолько, чтобы потоки поступающей и вытекающей воды снова сравнялись, то уровень перестанет подниматься и опять стабилизируется. Если вы еще сильнее прикроете кран, уровень опять начнет снижаться.

Как читать графики поведения системы во времени

Чтобы понимать, как ведет себя система, системные мыслители используют графики изменения тех или иных параметров во времени — так можно получить больше информации, чем при анализе отдельных событий. Графики поведения во времени используются еще и для того, чтобы определить, приближается ли система к цели или пределу, и если да, то насколько быстро.

По вертикальной оси может откладываться величина, характеризующая запас или поток. Форма графика очень показательна; значение имеют также точки, в которых происходит изменение направления или формы кривой. В большинстве случаев форма несет в себе больше информации, чем конкретные значения, отложенные по осям.

Горизонтальная ось, по которой отсчитывается время, позволяет понять, что происходило раньше и что произойдет потом. В зависимости от того, какой вопрос или проблему вы изучаете, можно сосредотачиваться на том или ином временном диапазоне.






Рис. 7. Выходной поток не изменяется, входной поток появляется на пятой минуте, и в результате объем воды в ванне стабилизируется
Ванна с поступающей и вытекающей водой — это пример очень простой системы, в которой только один входной и только один выходной поток. В тот временной период, что представляет для нас интерес, испарение мы можем считать пренебрежимо малым, так что его в диаграмму включать не нужно. Все модели, мысленные ли они или математические, всегда представляют собой упрощение реального мира. Но изучив динамику на примере простой ванны, можно сделать несколько важных выводов, спра ведливых и для более сложных систем:

■ Если сумма всех входных потоков превышает сумму всех выходных потоков, уровень или объем запаса будет расти.

■ Если сумма всех выходных потоков превышает сумму всех входных потоков, уровень или объем запаса будет уменьшаться.

* Если сумма всех выходных потоков равна сумме всех входных потоков, уровень или объем запаса будет неизменным; в таких случаях устанавливается динамическое равновесие на уровне, который наблюдался в тот момент, когда потоки сравнялись.

Людям свойственно обращать внимание в первую очередь на запасы, а не на потоки. А если уж мы обращаем внимание на потоки, то в первую очередь на входящие, и лишь затем на выходящие. Именно поэтому мы порой упускаем из виду, что уровень воды в ванне можно поднять не только увеличением входного потока, но и уменьшением выходного. Все хорошо понимают, что для продления существования нефтяной экономики необходимо открывать новые месторождения нефти, но далеко не все отдают себе отчет в том, что того же можно добиться, просто сжигая меньше нефти. Резкое увеличение энергоэффективности по отношению к доступным запасам нефти эквивалентно открытию нового месторождения — хотя прибыль при этом распределяется несколько иначе.



Запасы можно увеличивать как за счет роста потоков на входе, так и за счет уменьшения потоков на выходе. Поднимать уровень воды в ванне можно разными способами...

Подобным образом компании могут поддерживать большой штат сотрудников: ттибо нанимать больше новых работников, либо принимать меры, чтобы не уходили прежние (и чтобы их не за что было увольнять). Причем стоимость этих двух стратегий может очень сильно отличаться. Благосостояние страны можно резко увеличить, вложив средства в постройку новых заводов и установку нового оборудования. А можно уменьшить скорость, с которой изнашивается и выходит из строя имеющееся оборудование, и достичь того же результата, причем зачастую меньшими средствами.

В ванне легко полностью открыть или перекрыть потоки; вытащить пробку или открутить кран — дело нескольких секунд. Гораздо сложнее быстро изменить уровень воды — величину запаса. Даже если полностью открыть слив, спуск воды займет какое-то время. И наполнить ванну во мгновение ока тоже не получится, даже если вы полностью открутите оба крана. Изменение запасов и уровней требует времени. Чтобы был эффект , потоки должны действовать некоторое время. Это ключ к пониманию поведения систем. Запасы и уровни обычно изменяются медленно, и это можно расценивать как запаздывание, отсрочку, инертность системы, своего рода буфер или фактор устойчивости. Запасы, особенно большие, откликаются на изменения (даже очень резкие) лишь постепенным увеличением или уменьшением.

Запасы обычно изменяются медленно, даже если входные и выходные потоки меняются очень резко. Это приводит к возникновению запаздываний и служит в системе своего рода буфером, смягчающим внешние воздействия.

Люди часто недооценивают момент инерции, присущий запасам. Чтобы население увеличилось (или наоборот, перестало расти), нужно очень много времени. Так же мед-ленно в лесу растут запасы древесины, в водохранилище поднимается уровень воды, а в шахтах истощаются запасы полезных ископаемых. Экономика не может за один день увеличить производящие, транспортные и энергетические мощности, даже если вложить огромные средства. Поскольку в экономике уже присутствует огромное количество автомобильных двигателей и промышленных установок на нефтяном топливе, их невозможно быстро перенастроить на другой вид топлива, даже если цена на нефть резко подскочит. Накопление в стратосфере загрязнителей, разрушающих озоновый слой, происходило десятилетиями, а теперь многие десятилетия уйдут на то, чтобы стратосфера от них избавилась.

Изменения запасов определяют, насколько динамичной будет система. Индустриализация не может идти быстрее, чем строятся заводы и создается новое оборудование, и быстрее, чем обучается персонал для работы на них и для технического обслуживания. Леса не вырастают за одну ночь. Если загрязнители проникли в грунтовые воды, то очищение произойдет не раньше, чем пройдет полное обновление подземных вод — а это займет десятки и даже сотни лет.

Запаздывания, вызываемые в системах медленным изменением запасов, могут приводить к проблемам, но могут и способствовать стабильности системы. Плодородные почвы, накопленные за столетия, не могут подвергнуться моментальной эрозии. Население, обученное многим профессиям и имеющее разнообразные навыки, не может разом все позабыть. Можно выкачивать грунтовые воды быстрее, чем они возобновляются, но истощение водоносного горизонта произойдет не за один день. Запаздывания, объясняемые медленным изменением запасов, оставляют нам достаточно времени для маневра, чтобы мы могли найти решение и сменить стратегию на более действенную.

Если вы имеете представление о скорости изменения запасов, то не будете ожидать быстрых подвижек там, где они в принципе не могут быть быстрыми. И не станете

раньше времени бросать начатое. Момент инерции в поведении системы можно использовать для достижения поставленной цели точно так же, как мастера восточных единоборств используют момент движения противника, чтобы победить его.

Запасы выполняют еще одну очень важную функцию в системе, и она приведет нас прямиком к понятию обратной связи. Наличие запасов позволяет входным и выходным потокам существовать независимо. Какое-то время система может позволить этим потокам не уравновешивать друг друга.

Нефтяной компанией было бы практически невозможно управлять, если бы производить бензин на нефтеперегонных заводах надо было точно с той скоростью, с которой автомобили его расходуют. Сложно себе представить лесозаготовки, которые ведутся с абсолютно такой же скоростью, с которой растет лес. Бензин в хранилищах и древесина в лесу — это запасы, позволяющие идти всему своим чередом, обеспечивающие размеренную жизнь даже в том случае, если какие-то потоки на какое-то время меняются.

Запасы позволяют входным и выходным потокам не зависеть друг от друга и не уравновешиваться в течение какого-то времени.

Люди придумали огромное количество способов поддерживать самые разные запасы, чтобы сделать входные и выходные потоки не зависимыми друг от друга и тем обеспечить стабильность. Водохранилища позволяют местным жителям и фермерам, живущим ниже по течению, жить без оглядки на капризы реки, не опасаясь очередной засухи или наводнения. Банковские накопления позволяют вам какое-то время тратить деньги не с той же скоростью, с которой вы их зарабатываете. Запасы продукции на складах позволяют работать без перебоев цепочке от дистри-

бьютора к оптовику, а затем к розничному торговцу, даже если спрос на продукцию постоянно меняется. Заказы клиентов успешно выполняются, несмотря на то, что скорость производства продукции может не совпадать со скоростью ее потребления.

Большинство решений, принимаемых частными или должностными лицами, сводится к тому, чтобы регулировать уровень запасов. Если склады ломятся от товаров, то приходится снижать цены или увеличивать затраты на рекламу, чтобы поднять продажи и избавиться от затоваривания. Если ваш холодильник пустеет, вы отправляетесь в магазин за покупками. В зависимости от того, что происходит с посевами зерновых, фермеры решают, прибегнуть ли к искусственному орошению и применить ли пестициды; зерновые компании определяют, сколько зерна они будут закупать в этом году; перекупщики прикидывают цены на будущий урожай; животноводы увеличивают или уменьшают поголовье скота. За уровнем воды в водохранилище всегда следят и не дают ему подняться слишком высоко или опуститься слишком низко. Нефтяные компании точно так же отслеживают балансовые запасы нефти в хранилищах. Бумажные производства регулируют запасы сырья для изготовления бумаги. Вы сами поступаете точно так же, когда проверяете, достаточно ли денег в кошельке, и по тому же принципу контролируется концентрация загрязнителей в водоемах.

Величину запасов отслеживают постоянно, и на основе этих данных принимают решения и меры по увеличению или уменьшению запасов или по поддержанию их в определенных пределах. Эти решения принимаются в соответствии с приходами и расходами, успехами и провалами, и так происходит во всех системах. Специалисты по динамике систем представляют себе мир как совокупность запасов с механизмами, которые регулируют их уровень за счет управления потоками.

Системные мыслители рассматривают мир как совокупность обратных связей.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   35


База данных защищена авторским правом ©infoeto.ru 2016
обратиться к администрации
Как написать курсовую работу | Как написать хороший реферат
    Главная страница