Второй вопрос — будет ли система в действительности вести себя таким образом? — требует научного подхода, чтобы оценить, насколько адекватна модель, насколько точно она имитирует поведение реальной системы. Независимо от того, как вы себе представляете будущее изменение движущих сил, будет ли система вести себя соответственно их изменениям?
В сценарии изменения численности населения, показанном на рис. 26, ответ на этот вопрос будет «В целом, да», потому что если рождаемость и смертность будут находиться именно в таком соотношении, как показано на графике, то численность населения будет расти или уменьшаться в соответствии с их изменениями. Модель изменения численности населения, приведенная в нашем примере, очень проста. В более сложных моделях, к примеру, есть деление на возрастные группы. Однако в общем и целом эта модель дает представление о том, по какому пути может пойти реальный мир: при одних условиях рост будет наблюдаться и в модели, и в реальной жизни, при
Вопросы для проверки адекватности модели
Чтобы определить, система перед вами или набор разрозненных деталей, проанализируйте:
1. Могут ли движущие силы изменяться таким образом?
2. Если могут, то будет ли система реагировать именно так?
3. Что управляет движущими силами?
других — ив модели, и в реальном мире численность населения будет уменьшаться. Конкретные цифры могут отличаться, но общие тенденции поведения описываются верно.
Наконец, третий вопрос. Что управляет движущими силами? Что заставляет меняться входные и выходные потоки? Этот вопрос связан с пониманием границ системы. Необходимо детально разобраться, независимы ли эти движущие силы или они находятся под влиянием других частей системы.
Полезность модели, ее адекватность зависят 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.
Влияет ли как-нибудь численность населения на то, какими могут быть коэффициенты рождаемости и смертности? Влияют ли на рождаемость и смертность другие факторы — экономические, экологические, социальные? Влияет ли численность населения на эти экономические, экологические и социальные факторы?
Конечно, ответом на все эти вопросы будет «Да». Рождаемость и смертность тоже управляются циклами обратной связи. Как минимум на некоторые из этих циклов влияет величина численности населения. В нашем зоопарке систем «животное», отвечающее ла численность населения, — лишь один из фрагментов гораздо более сложной системы.[14]
На численность населения влияет другой очень важный фрагмент большой системы — тот, что описывает поведение экономики. В его основе лежат два других цикла обратной связи — усиливающий и балансирующий. Они образуют такую же структуру, как и та, что управляет численностью населения (посмотрите на рис. 27), и ответственны за такое же поведение.
Чем больше в экономике величина физического капитала (оборудование и заводы) и чем выше эффективность производства (объем производства на единицу капитала), тем больше годовой выпуск продукции (товаров и услуг).
Чем больше объем производства, тем больший процент может быть инвестирован в создание нового капитала. Это — усиливающий цикл обратной связи, подобный пик-
Рис. 27. Как и в структуре с численностью населения, экономический капитал зависит от усиливающего цикла, ответственного за рост (инвестиции в виде доли от годового объема производства), и балансирующего цикла, ответственного за снижение капитала (амортизация)
Рис. 27. Как и в структуре с численностью населения, экономический капитал зависит от усиливающего цикла, ответственного за рост (инвестиции в виде доли от годового объема производства), и балансирующего цикла, ответственного за снижение капитала (амортизация)
лу рождаемости. Инвестируемый процент капитала подобен коэффициенту рождаемости. Чем бильшую долю годо вого валового продукта инвестирует общество, тем быстрее растет капитал.
Физический капитал уменьшается из-за амортизации — выхода из строя, износа и устаревания оборудования. Балансирующий цикл, описывающий амортизацию, подобен циклу смертности. «Смертность» капитала определяется в соответствии со средним сроком службы капитала. Чем больше срок службы капитала, тем меньшая его часть ежегодно выбывает и подлежит замене.
Раз в этой системе структура такая же, как в системе, описывающей численность населения, то и поведение должно быть такое же. Современная история изменения капитала, как и численности населения, показывает доминирование усиливающего цикла, а это вызывает экспоненциальный рост. Будет ли капитал расти в будущем, останется ли постоянным или станет уменьшаться — зависит от того, будет ли усиливающий цикл доминировать над балансирующим циклом, описывающим амортизацию. Это, в свою очередь, зависит от:
■ процента инвестируемого капитала — какую долю ежегодного объема производства общество предпочитает не потребить, а вложить в дальнейшее развитие производства;
■ эффективности работы капитала — сколько капитала нужно для производства заданного объема продукции,
и, наконец,
■ среднего срока службы капитала.
Если реинвестировать фиксированный процент годового объема производства, увеличивая капитал, и вкладывать определенный процент в повышение эффективности капитала (то есть его способности производить продукцию), то величина капитала может уменьшаться, расти или быть постоянной в зависимости от того, каков срок службы капитала. Графики на рис. 28 показывают, как ведет себя система при разных сроках службы капитала. Если срок невелик, то капитал изнашивается быстрее, чем восполняется. Инвестиций не хватает на то, чтобы покрыть амортизацию, и экономика постепенно начитает приходить в упадок. Если амортизация и инвестиции компенсируют друг друга, экономика будет находиться в состоянии динамического равновесия. При более продолжительном сроке службы капитал будет экспоненциально расти. И чем продолжительнее срок службы, тем быстрее будет рост.
Это еще одно проявление принципа, с которым мы уже сталкивались: запас можно заставить расти не только за счет увеличений входного потока, но и за счет уменьшения выходного.
Точно так же, как на коэффициенты рождаемости и смертности влияли многие факторы, так и на объем произ-
Рис. 28. Изменение величины капитала в зависимости от продолжительности срока его службы. В системе с объемом производства на единицу капитала порядка 1 /3 и ежегодным реинвестированием 20% капитала при 15-летнем сроке его службы будет происходить лишь восполнение изношенного капитала. При меньшем сроке службы капитал будет постепенно уменьшаться, при большем — экспоненциально возрастать
Рис. 28. Изменение величины капитала в зависимости от продолжительности срока его службы. В системе с объемом производства на единицу капитала порядка 1 /3 и ежегодным реинвестированием 20% капитала при 15-летнем сроке его службы будет происходить лишь восполнение изношенного капитала. При меньшем сроке службы капитал будет постепенно уменьшаться, при большем — экспоненциально возрастать
водства на единицу капитала, процент реинвестирования и срок службы капитала влияет очень многое: банковские проценты, уровень развития технологий, налоговая политика страны, сложившиеся потребительские привычки, цены, и это далеко не полный список. Население тоже влияет на инвестирование в производство: от рабочей силы зависит объем выпуска, а растущие запросы потребителей способны привести к уменьшению процента реинвестирования. Годовой объем производства, в свою очередь, тоже может влиять на численность населения. В богатых странах, как правило, хорошо развито здравоохранение, поэтому коэффициент смертности ниже. Но и коэффициент рождаемости в них обычно меньше.
Практически в любой модели реальной экономики, рассчитанной на долговременную перспективу, должны присутствовать структуры, описывающие численность населения и капитал, причем должно учитываться и их взаимное влияние. Ключевой вопрос развития современной экономики — как поддержать усиливающий цикл накопления капитала на более высоком уровне, чем усиливающий цикл роста численности населения, чтобы люди становились богаче, а не беднее.[15]
Может показаться странным, что в нашем «зоопарке» структура, отвечающая за численность населения, и структура, описывающая капитал, отнесены к «животным» одного вида. Система производства, включающая заводы, партии товара и финансовые потоки, выглядит не слишком похожей на систему, описывающую динамику населения с появлением людей на свет, их старением, бесконечным круговоротом рождений и смертей. Однако с системнодинамической точки зрения эти системы, столь непохожие во внешних проявлениях, имеют общую принципиальную основу: структуры обратных связей. Обе они управляются усиливающим циклом обратной связи, который стремится увеличить запас, и балансирующим циклом, который стремится тот же запас стабилизировать. В обеих системах существует понятие старения. Сталелитейные заводы, токарные станки и турбины стареют и рано или поздно покидают этот мир — так же, как люди.
Рис. 29. Запас автомобилей на стоянке у дилера поддерживается постоянным за счет двух конкурирующих циклов балансирующей обратной связи: один отвечает за продажи, другой — за поставки
Рис. 29. Запас автомобилей на стоянке у дилера поддерживается постоянным за счет двух конкурирующих циклов балансирующей обратной связи: один отвечает за продажи, другой — за поставки
Теперь представьте себе управляющую систему обратных связей, предназначенную для того, чтобы поддерживать запас на складе достаточно большим — таким, чтобы можно было обеспечить полноценные продажи в течение десяти дней (схема показана на рис. 29). Дилер в любом случае вынужден держать склад, ведь заказы и поставки не могут совпадать день в день. Заранее предсказать желание покупателя приобрести машину в какой-то конкретный день просто невозможно. К тому же дилер должен учитывать вероятность задержек с поставками от производителя по тем или иным причинам, и на такой случай нужно иметь некоторое количество автомашин в качестве «буфера».
Милая девушка-менеджер, работающая в дилерской компании, отслеживает продажи (воспринимаемую ею покупательскую активность), и если ей кажется, что продажи растут, то производителю отправляется увеличенный заказ, чтобы привести запас автомобилей к новому желаемому уровню, достаточному для поддержания более активных продаж на протяжении десяти дней. Более высокие фактические продажи означают, что становятся выше
Рис. 30. Запас автомобилей на стоянке у дилера в ответ на возросшие запросы покупателей увеличивается на 10%, начиная с 25-го дня
Рис. 30. Запас автомобилей на стоянке у дилера в ответ на возросшие запросы покупателей увеличивается на 10%, начиная с 25-го дня
ожидаемые продажи, то есть увеличивается разность между имеющимся и желаемым складским запасом. Увеличивается заказ продукции у изготовителя, увеличиваются поставки, увеличивается запас на складе, достаточный, чтобы поддержать более активные продажи.
Эта система представляет собой модификацию примера с термостатом: один балансирующий цикл обратной связи уменьшает величину запаса, а конкурирующая с ним балансирующая петля поддерживает запас на складе за счет восполнения проданных автомобилей новыми. На рис. 30 показано поведение системы в ответ на увеличение покупательской активности на 10%, причем это поведение вполне ожидаемо.
На рис. 31 в нашей простой системе появляется дополнительный фактор — трехдневное запаздывание — с этим явлением в реальной жизни сталкивается каждый из нас.
Во-первых, существует задержка в восприятии (в данном случае намеренная). Девушка-менеджер не должна реагировать на каждый случайный всплеск продаж. Прежде чем разместить дополнительный заказ у производите-
Рис. 31. Запас автомобилей на стоянке у дилера изменяется с учетом трех запаздываний, введенных в схему: запаздывание в восприятии, в отклике и в поставках продукции
Рис. 31. Запас автомобилей на стоянке у дилера изменяется с учетом трех запаздываний, введенных в схему: запаздывание в восприятии, в отклике и в поставках продукции
ля, ей нужно вычислить средние продажи за последние пять дней, чтобы отсечь случайные провалы и всплески продаж и определить реальные тенденции.
Во-вторых, существует задержка в отклике. Даже если точно известно, что нужно дополнительно заказать сколько-то машин, менеджер должна разместить это количество не в одном заказе, а в нескольких. Сначала делается заказ, покрывающий примерно треть предполагаемой дополнительной потребности. Потом еще такой же заказ, и еще один. Фактически, такими частичными дозаказами дилер перестраховывается, чтобы в течение дополнительных трех дней убедиться, что тенденция роста действительно есть.
В-третьих, существует еще запаздывание поставок. Изготовителю на заводе нужно пять дней, чтобы получить, обработать и выполнить заказ, доставив продукцию дилеру.
Система по-прежнему состоит из двух балансирующих циклов обратной связи, точно как упрощенная система с
Рис. 32. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на 10% -е увеличение продаж, если в системе присутствуют запаздывания
Рис. 32. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на 10% -е увеличение продаж, если в системе присутствуют запаздывания
термостатом, но поведение ее будет совершенно иным. На рис. 32 показано, что же произойдет в системе, если в продажах будет наблюдаться такое же увеличение на 10%, как и в предыдущем случае.
Колебания! Простой скачок продаж может привести к тому, что в какой-то момент запас станет нулевым — стоянка опустеет. Казалось бы, девушка-менеджер достаточно предусмотрительна и предпринимает действия только тогда, когда убедится в том, что продажи действительно увеличились и это не кратковременный скачок. Она начинает заказывать больше автомобилей, чтобы покрыть текущие (более высокие) потребности продаж и увеличить запас автомобилей на стоянке. Но на размещение и выполнение заказов нужно время. За это время стоянка ощутимо пустеет, поэтому заказы приходится увеличивать еще и еще — без этого не обеспечить запас, достаточный для поддержания продаж в течение 10 дней.
Затем заказанные автомобили начинают прибывать к дилеру, запас на стоянке восполняется — и оказывается, что автомобилей даже больше, чем было нужно для простого восполнения склада! Просто за то время, пока сказыва-
Зяпяядыняние I* балансирующем цикле обратной связи приводит систему к колебаниям.
Рис. 33. Отклик заказов и доставок на увеличение запросов покупателей. На рис. А показано, что на 25-й день происходит небольшой, но резкий скачок в продажах. Менеджер воспринимает возросшую активность продаж с запаздыванием, поскольку усредняет количество проданных автомобилей за три дня. На рис. Б показана кривая заказов (сплошная линия) и отстающая от нее кривая поставок от изготовителя (пунктирная линия)
Рис. 33. Отклик заказов и доставок на увеличение запросов покупателей. На рис. А показано, что на 25-й день происходит небольшой, но резкий скачок в продажах. Менеджер воспринимает возросшую активность продаж с запаздыванием, поскольку усредняет количество проданных автомобилей за три дня. На рис. Б показана кривая заказов (сплошная линия) и отстающая от нее кривая поставок от изготовителя (пунктирная линия)
лось запаздывание, наша девушка-менеджер успела заказать слишком много. Она оеознает слою ошибку и, чтобы исправить ее, сокращает заказы. Но ранее сделанные заказы (большие!) продолжают прибывать, поэтому с каждым днем она вынуждена заказывать все меньше и меньше. На самом деле, теперь она заказывает меньше, чем нужно, поскольку не знает наверняка, как будут разворачиваться события с продажами дальше. Склад снова начинает пустеть. Колебания около новой желаемой величины запаса продолжаются... На рис. 33 показано, что произойдет несколькими циклами позже.
Чуть позже будет описано несколько способов погасить такие колебания в величине складского запаса, но прежде всего необходимо понять, почему они вообще возникли. Вовсе не потому, что милая девушка-менеджер бестолкова и не умеет работать. Настоящая причина в том, что она вынуждена работать в рамках системы, в которой не хватает оперативной информации (ее и не может быть), к тому же существует физическое запаздывание между действиями, которые предпринимает менеджер, и откликами на них — изменением запаса автомобилей на стоянке. Никто не знает, как поведут себя покупатели в будущем. Если сейчас они покупают, то это совсем не значит, что завтра они будут покупать так же и столько же. Когда наша девушка-менеджер размещает заказ, она не получает немедленного отклика на него. Такие ситуации встречаются очень часто — нехватка оперативной информации в сочетании с физическими запаздываниями. Подобные колебания встречаются и на складах, и во многих других системах. Попробуйте, например, принять душ и точно отрегулировать температуру, если труба от смесителя горячей/холодной воды до душевой насадки будет длинной — и вы на собственном опыте ощутите все «прелести» колебаний, вызванных запаздыванием.
Каким должно быть запаздывание, чтобы вызвать конкретные колебания в конкретных условиях, — вопрос довольно сложный. На том же примере с автомобилями можно показать, почему.
«С этими колебаниями мириться нельзя! — говорит себе наша девушка. Она способна к обучению и хочет найти способ устранить колебания запаса на вверенном ей складе. — Сокращу-ка я запаздывания. Срок поставки от изготовителя я, конечно, изменить не могу, но со своей стороны реагировать буду быстрее. Можно усреднять данные по продажам не за пять, а за два дня, прежде чем принимать решение об изменении заказа».
На рис. 34 показано, что произойдет, если дилер станет воспринимать рост продаж по усреднению за два дня вместо пяти.
Как видите, даже если наша девушка-менеджер будет реагировать быстрее, ей это не поможет. Наоборот, ситуация с колебаниями в количестве автомобилей на стоянке станет даже хуже — обратите внимание на цену деления на вертикальной оси. Если же вместо уменьшения запаздывания в восприятии она решит уменьшить запаздывание в своем отклике (будет распределять дополнительное количество не по трем заказам, а по двум), все станет еще хуже, причем намного — это показано на рис. 35.
Рис. 34. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на то же 10%-е увеличение продаж, если дилер будет опираться на усреднение за два дня, а не за пять
Рис. 34. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на то же 10%-е увеличение продаж, если дилер будет опираться на усреднение за два дня, а не за пять
Рис. 35. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на то же 10% -е увеличение продаж, если отклик дилера будет предусматривать распределение дополнительного количества по двум заказам вместо трех
Рис. 35. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера в ответ на то же 10% -е увеличение продаж, если отклик дилера будет предусматривать распределение дополнительного количества по двум заказам вместо трех
В системе что-то надо менять. Поскольку нашей системой управляет сотрудница, способная к обучению, она попытается принять меры. «У меня есть мощный рычаг, но похоже, что я его применяю не в том направлении», — говорит себе наша девушка, обладающая задатками системного мыслителя, с грустью наблюдая результаты своих попыток погасить колебания в системе. Подобные плачевные результаты, кстати говоря, встречаются буквально всюду: кто-нибудь, руководствуясь лучшими намерениями, пытается стабилизировать систему с помощью интуитивно понятного рычага, и действительно оказывает на систему очень сильное воздействие, но только совсем не в том направлении, которое нужно! Это лишь один из множества примеров, как системы могут совершенно неожиданно вести себя при попытке их изменить.
В нашем примере одна из проблем состоит в том, что девушка-менеджер реагирует не слишком медленно, как она сама полагает, а наоборот, слишком быстро. При существующей конфигурации системы дилер реагирует слишком
активно. Ситуацию можно улучшить, если вместо того, чтобы размещать дополнительные заказы в два приема, менеджер начнет делить их на шесть частей, распределяя дополнительные запросы по шести заказам. Результат показан на рис. 36.
Как показывает рис. 36, это изменение позволяет практически полностью погасить колебания, и система довольно быстро приходит к новому равновесию.
Запаздывания и задержки могут очень сильно влиять на системы — во многом они определяют тип поведения систем. Изменение величины запаздывания может привести к очень серьезным изменениям в поведении системы. (А может и не привести — в зависимости от типа запаздывания и его величины относительно других запаздываний.)
В нашей системе самое важное запаздывание находится вне ответственности менеджера — на задержку поставки машин с завода-изготовителя она повлиять не в силах.
Рис. 36. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера, если размещать дополнительный заказ в шесть приемов
Рис. 36. Изменение запаса автомобилей на стоянке у дилера, если размещать дополнительный заказ в шесть приемов
Но даже если не касаться не подвластной ей части системы, все равпо она может научиться хирошо управлять своими складскими запасами.
Изменение запаздываний в системе может сделать управление системой либо гораздо более простой, либо гораздо более сложной задачей. Это объясняет, почему многие системные мыслители буквально одержимы проблемой запаздываний. Приходится всегда отслеживать, где в системе есть запаздывания, какой они продолжительности, каков их характер — физический или информационный. В динамическом поведении системы невозможно разобраться, если не знать, где и какие в ней присутствуют запаздывания. К тому же системщики знают, что некоторые запаздывания можно использовать как мощные рычаги воздействия. Увеличение или уменьшение запаздывания может привести к радикальным изменениям в поведении систем.
Проблемы отдельно взятого склада, по большому счету, решить несложно. Но представьте себе масштабы проблем, если речь пойдет обо всех непроданных автомобилях в пределах США. Заказы на большее или меньшее количество автомобилей повлияют не только на производство на сборочных заводах и фабриках, выпускающих запчасти, но также и на сталелитейные производства, предприятия по выпуску резины, стекол, текстиля. Будут затронуты также поставщики и производители энергии. В рамках всей сложной системы встречаются задержки в восприятии, запаздывания в производстве, доставке, сборке... А теперь подумайте о том, что существует взаимосвязь между производством автомобилей и количеством рабочих мест: чем больше производство, тем больше в нем занято людей, которые затем купят больше машин. Это усиливающий цикл обратной связи, но он может работать и в противоположном направлении: чем меньше производство, тем меньше рабочих мест, тем ниже продажи, и тем меньше в итоге производство. Учтите, что существует еще один усиливающий цикл обратной связи: спекулянты на бирже покупают и перепродают акции автопроизводителей и их поставщиков, основываясь на недавних результатах экономической деятельности этих предприятий, — подъем продаж вызывает рост стоимости акций, в то время как уменьшение продаж приводит к снижению котировок.
Такая очень большая и сложная система связывает между собой различные отрасли промышленности и обладает самыми разными запаздываниями; в ее разных частях могут возникать колебания, они могут распространяться на другие части, усиливаясь в результате действий спекулянтов и из-за других факторов... Так возникает экономическая цикличность с ее взлетами и падениями. Экономические подъемы и спады происходят не по воле президентов и правителей (хотя, конечно, их действия могут увеличить оптимизм во времена подъемов или углубить пессимизм во времена спадов). Экономические системы чрезвычайно сложны; в них огромное количество балансирующих циклов обратной связи с запаздываниями, поэтому им изначально присуща склонность к колебаниям.[16]