Система совокупность элементов или частей, упорядоченных определенным образом и связанных друг с другом в структуру, которая демонстрирует характерные типы поведения (что часто называют функцией или назначением системы).
Система с конкурирующими циклами сочетание регулирующих циклов в системе со сторон входа и выхода запаса может давать разные характеристики системы. Циклы могут быть Б-Б (балансирующий-балансирующий, например, термостат) или Б-У (балансирующий-усиливающий, например, соотношение рождаемости-смертности). Для регулирования потоков в системе задаются правила, рис. 2.8.
Рис. 2.8. Схема динамической системы с заданными правилами усиления и балансировки
Системно-динамический подход способ описания и познания окружающего мира, учитывающий, что «всё связано со всем», что взаимосвязи могут носить нелинейный характер и образовывать циклы обратных связей, что система в целом представляет собой нечто большее, чем простая совокупность составляющих ее частей.
Субоптимизация поведение, возникающее в случае, если цели подсистемы достигаются в ущерб целям всей системы (доминируют над ними).
Упругость, устойчивость, гибкость системы способность восстанавливаться после внешнего воздействия или возмущения, способность вернуться к прежнему состоянию, восстановить свою структуру после изменения, вызванного внешними силами.
Усиливающий цикл (контур, петля) обратной связи усиливающий, увеличивающий цикл обратной связи, («положительная обратная связь», «петля положительной обратной связи»), усиливает изменения в системе в том же направлении, что и первоначальное воздействие. Такие контуры также называют «маниакальными» циклами обратной связи, хотя иногда подобные структуры приносят благо, если речь не идет о материальном росте. Пример: начисление на сумму счета, штрафы, пропорциональная система налогообложения. Такой цикл "раскручивает" сам себя. Если запас иссякает, то иссякает и поток. Если параметр увеличивается, то это приводит к выходу за пределы системы или разрушению системы. Обычно увеличение параметра в цикле ограничено некоторым лимитирующим фактором.
Цикл (контур, петля) обратной связи механизм (правило, информационный поток или сигнал), позволяющий изменению запаса влиять на поток, входящий в запас или исходящий из него. Он представляет собой цепочку причинных связей, замкнутую вокруг запаса. Причинные связи реализуются через набор решений, правил, физических законов или действий, зависящих от величины самого запаса. Изменение запаса вызывает изменение потока, что, в свою очередь, оказывает воздействие на дальнейшее изменение запаса.
2.3. Принципы системной динамики
Системы
Система нечто большее, чем просто сумма составляющих ее частей.
Многие взаимосвязи в системах реализуются через потоки информации.
Наименее явная часть системы ее назначение или цель оказывает определяющее влияние на поведение системы.
Структура системы определяет ее поведение. Поведение системы проявляется в виде событий, происходящих в определенной последовательности.
Важный момент системной динамики и изучения систем установление границ системы. Несмотря на то, что изолированных систем нет, но при системном исследовании установление несуществующих границ делает модели неадекватными. Слишком узкие границы не учитывают особенности мягких систем, слишком широкие не позволяют использовать модели.
Запасы, потоки и динамическое равновесие
Запасы и уровни отражают хронологию изменений потоков в системе.
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 запаса будет неизменным; в таких случаях устанавливается динамическое равновесие.
Запасы можно увеличивать как за счет роста потоков на входе, так и за счет уменьшения потоков на выходе.
Запасы приводят к возникновению запаздываний и служат в системе своего рода буфером, амортизирующим внешние воздействия.
Запасы позволяют входным и выходным потокам не зависеть друг от друга и не уравновешиваться в течение какого-то времени.
Циклы (контуры, петли) обратной связи
Цикл (петля) обратной связи представляет собой цепочку причинно-следственных связей, исходящую из запаса и возвращающуюся к нему же. Связи реализуются через набор решений, правил, физических законов или действий, зависящих от величины самого запаса. Изменение запаса вызывает изменение потока, в свою очередь, вызывающее дальнейшее изменение запаса, и т. д.
Балансирующие циклы обратной связи служат выравнивающими структурами в системе, позволяют достичь желаемого значения, выполняют функции одновременно источника стабильности и противодействия изменениям.
Усиливающие циклы обратной связи раскручивают сами себя, приводя к экспоненциальному росту или даже выходу системы за пределы.
Информация, которую передает цикл обратной связи (даже если эта связь не носит физического, вещественного характера), может повлиять только на будущее поведение. Сигнал невозможно доставить настолько быстро, чтобы это позволило скорректировать поведение, вызывающее текущую обратную связь.
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.
Системы с одинаковой структурой обратных связей демонстрируют схожие типы поведения.
Обратимое доминирование, запаздывания и колебания
Величина запаздываний и их разница сильно влияют на поведение системы.
Сложное поведение систем часто объясняется переходом доминирования от одного цикла обратной связи к другому. В этом случае в разные моменты времени поведение системы определяют разные петли обратной связи.
Запаздывание в балансирующем цикле обратной связи приводит систему к колебаниям и далее к ее разгону и разносу. Пример: Автосалон. Запаздывание по покупателям и условиям закупки автомобилей приводит к переходу системы продаж в разнос. Для снижения разбалансировки необходимо согласовывать запаздывание по покупателям и закупкам.
Изменение величины запаздывания может привести к очень серьезным изменениям в поведении системы. Пример. Если вы имеете большое инерционное звено, то реагировать надо, определяя степень инерционности звена, при этом нужно проводить подстройку частоты, а не ее отстройку.
Сценарии поведения и имитационные модели
Системно-динамические модели рассматривают возможные сценарии будущего поведения и отвечают на вопрос «Что, если ?».
Полезность (адекватность) модели зависит не столько от того, реалистичны ли сценарии изменения ее движущих сил (никто за это поручиться не может), сколько от того, реалистичны ли типы поведения, которые она демонстрирует.
Сценарии поведения и имитационные модели
Системно-динамические модели рассматривают возможные сценарии будущего поведения и отвечают на вопрос «Что, если ?».
Полезность (адекватность) модели зависит не столько от того, реалистичны ли сценарии изменения ее движущих сил (никто за это поручиться не может), сколько от того, реалистичны ли типы поведения, которые она демонстрирует.
Информация, которую передает цикл обратной связи, влияет только на будущее поведение системы. Сигнал невозможно доставить настолько быстро, чтобы можно было скорректировать поведение, вызванное обратной связью.
Ограничения в системах
В физических системах, растущих по экспоненциальному закону, присутствует как минимум один усиливающий цикл обратной связи и как минимум один балансирующий цикл, ограничивающий рост, ведь ни одна физическая система в конечной окружающей среде не может расти бесконечно.
Невозобновимые ресурсы ограничены объемами запасов.
Возобновимые ресурсы ограничены скоростью воспроизводства.
Устойчивость, упругость, самоорганизация и иерархическое строение
У способности системы к самовосстановлению и устойчивости всегда есть пределы.
Системами нужно управлять, уделяя внимание не только производительности или стабильности. Необходимо поддерживать их устойчивость и упругость.
Системы часто обладают свойством самоорганизации способностью выстраивать собственную структуру, создавать новые структуры, учиться, видоизменяться, усложняться. Примером является снежинка цикл обратной связи создается или разрабатывается собственной системой. Фрактал снежинки является ее двигателем, сама система провоцирует создание структуры.
Иерархические системы развиваются с самого нижнего уровня. Исходная цель верхних уровней иерархии состоит в том, чтобы помогать нижним уровням достигать своих целей.
Развитие иерархии в рождающихся системах идет от элементов с последующей их иерархизацией. Появляются элементы 1-го уровня, 2-го уровня и т.д.
Наиболее неуязвимы модельные системы, поскольку в случае повреждений одного модуля другие не затрагиваются.
Причины неожиданного поведения систем
Многие взаимосвязи в системах нелинейны. Отдельных, изолированных систем не существует. Мир непрерывен. Где провести искусственную границу вокруг системы, зависит от того, какая перед нами цель.
В любой момент времени для системы наиболее важен тот входной поток, который оказывает самое сильное лимитирующее воздействие.
Любой существующий объект или система со многими входными и выходными потоками окружены пределами, распределенными по разным уровням.
У роста всегда будут пределы.
Величина, растущая по экспоненциальному закону, достигает предела или сталкивается с ограничением удивительно быстро.
Если в циклах обратной связи есть длительные запаздывания, то для управления системой необходимо умение предвидеть.
Ограниченная рациональность каждого участника системы может приводить к решениям, которые вовсе не благоприятны для системы в целом.
Модели
Все, что мы знаем о мире, есть модель.
Наши модели очень хорошо соотносятся с реальностью.
Наши модели очень далеки от того, чтобы представлять мир во всей его полноте.
Линейное и нелинейное мышление
Чаще всего можно встретиться с линейным мышлением, когда выводятся простые линейные взаимосвязи и строятся однобокие механические причинно-следственные цепочки. Так, расчеты вырубки и произрастания древесины не учитывают множество влияющих факторов. Яндекс не показывает реальные пробки, поскольку навигаторы установлены не у всех машин. Известен удивительный факт, с которым не могут смириться думающие линейно бизнесмены: независимо от вложений исчерпание месторождений происходит в один и тот же срок, рис.2.9.