Балансирующая обратная связь чашки кофе: введение в теорию систем

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, футбольная команда — это 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.

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.

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

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. (...)

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.

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 невыживание 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.

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 .

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.

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.

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. (...)

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.

Существует вид цикла обратной связи, который стабилизирует величину запаса. Уровень запаса не может оставаться строго фиксированным, его величина колеблется в допустимом диапазоне. (...)

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. (...) 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.

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. (...) 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 кроликов спаривается, тем больше рождается крольчат. Чем больше крольчат, тем больше вырастет кроликов, которые дадут потомство.

— 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.