Системное мышление. Как создавать и улучшать системы в бизнесе и жизни
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 временны́е 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[10]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.
Рис. 8. Как читать схемы потоков с циклами обратной связи. На каждой такой схеме указаны: запас, поток, изменяющий величину запаса, и управляющая действием информационная связь (показана изогнутой стрелкой). Она либо усиливает воздействие, либо изменяет запас, регулируя потоки
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 связьКак 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.
Рис. 9. Изменение уровня энергии человека, пьющего 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, 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.
Рис. 10. Схемы остывания (слева) и нагрева (справа) чашки кофе
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.
Рис. 11. Приближение значения температуры кофе к температуре воздуха в помещении, равной 18 °C
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[11], писатель и драматург XIX векаВ 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[12], экономистВторой 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 бо́льшую сумму вы получаете в виде процента. В итоге сумма на счете увеличивается, а вместе с ней и следующая выплата.
Рис. 12. Начисление процентов по банковскому вкладу
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.
Рис. 13. Рост сбережений на вкладах с разными процентными ставками
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.
Рис. 14. Реинвестирование капитала
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.
Глава 2
Краткая экскурсия по «системному зоопарку»
Основные понятия и принципы, не сводимые уже к другим, составляют неизбежную, рационально неуловимую часть теории. Сделать эти основные элементы максимально простыми и немногочисленными, не упустив при этом адекватного изложения чего-либо, содержащегося в опытах, вот главная цель любой теории.
Альберт Эйнштейн[13], физикЧто-то новое иногда проще узнать и понять на конкретных примерах, а не в виде абстрактных представлений и общих принципов. Именно поэтому далее в книге приводятся примеры распространенных и простых, но при этом важных систем, которые иллюстрируют многие общие принципы действия систем более сложных.
У набора систем, как у любой группы животных в зоопарке, есть положительные и отрицательные стороны[14]. Он дает общее представление о многообразии существующих в мире систем, но далек от того, чтобы создать полную картину этого многообразия. В зоопарках животных группируют по семействам: обезьяны – здесь, медведи – там (системы с одним видом запасов – здесь, с двумя – там); такая классификация позволяет наблюдать за характерным поведением обезьян и сравнивать его с поведением медведей. Это упрощенный подход. Для того чтобы поведение животных казалось посетителям более наглядным и понятным, семейства отделяют друг от друга и помещают в искусственные условия обитания. В естественной среде животные чаще взаимодействуют между собой. Точно так же системы, описанные в этой книге, контактируют и взаимодействуют и между собой, и с другими системами, о которых здесь не упоминается, образуя звучный, изменчивый и сложный многокомпонентный мир, в котором мы живем.
К экосистемам мы вернемся позднее, а сейчас давайте рассмотрим «системных животных» по отдельности.
Системы с одним видом запасов
Термостат: запас под действием двух конкурирующих балансирующих цикловС принципом работы балансирующего цикла обратной связи в системе вы познакомились на примере с охлаждением чашки кофе. Но что произойдет, если в системе будут действовать два таких цикла, пытающихся изменить величину одного и того же запаса в противоположных направлениях?
Один из примеров такой системы – термостат, регулирующий температуру в помещении. Как и для всех описанных ранее систем, схема термостата (рис. 15) – упрощенный вариант реальной системы отопления.
Рис. 15. Температура в помещении, регулируемая обогревателем с термостатом
Когда температура в помещении падает ниже значения, заданного настройками термостата, он фиксирует несоответствие и посылает сигнал, который включает подачу тепла для отопления комнаты. Когда температура в помещении вновь поднимается, термостат отключает подачу тепла. Такой незамысловатый балансирующий цикл обратной связи показан в левой части схемы, приведенной на рисунке 15. Если бы в системе не было других элементов, процесс был бы запущен при низкой температуре в помещении, а настройки термостата показывали значение температуры равным 18 °C, то поведение системы было бы таким, как показано на рисунке 16: включается отопление, и комната нагревается. Когда температура в комнате становится равной значению, указанному отметкой на термостате, подача тепла отключается.