При изменении запасов в системе их относительная мощность меняется непропорционально. Нелинейности в системах с обратными связями приводят к обратимому доминированию разных циклов. Это усложняет поведение системы и делает его более разнообразным.
Система, включающая гусениц, пихты и ели, может демонстрировать колебания с периодом в десятки лет, но при этом экосистема не покидает определенных границ. Так может продолжаться до бесконечности. Основной результат деятельности гусениц состоит в том, что в лесу растет не только пихта, но и другие породы деревьев. Но то, что устойчиво с экологической точки зрения, невыгодно экономически. В восточной Канаде практически вся экономика зависит от лесной промышленности, а она, в свою очередь, требует непрерывных заготовок пихты и ели.
Когда стали применяться инсектициды, системе стало труднее балансировать между разными нелинейными зависимостями. Инсектициды убивают не только гусениц, но и их естественных врагов, тем самым ослабляя обратную связь, которая раньше сдерживала размножение вредителей. Пихт в лесах по-прежнему много, поэтому размножение гусениц, происходящее по нелинейному закону, преодолевает критическую точку, после которой их численность растет взрывными темпами. С этого момента гусеницы постоянно готовы осуществить очередное нашествие. Действия лесной промышленности привели к тому,
что Холлинг назвал «постоянной готовностью к вспышке численности», причем на все большей территории. Лесная промышленность сама загнала себя в эту ситуацию и теперь сидит на пороховой бочке: стоит хоть немного уменьшить распыление химикатов, как последует немедленный взрыв численности гусениц, причем такой силы, что даже представить страшно.*
Несуществующие границы
Если мыслить в системных терминах, становится заметным частое неправильное использование понятия «побочный эффект*... Обычно под этим подразумевают «эффект, которого я не предвидел или о котором думать не хочу*... Побочные эффекты заслуживают прилагательного «побочный* ничуть не больше, чем «основной» эффект. В системных терминах мыслить не так-то легко, и чтобы облегчить себе жизнь, мы предпочитаем коверкать язык.
Гаррет Хардин*, эколог
Помните символы «облаков» на структурных схемах в первой и второй главах? Остерегайтесь их! Они — основные источники неожиданного поведения систем.
* Эта история упоминается в нескольких источниках: С. S. Holling. The Curious Behavior of Complex Systems: Lessons from Ecology в издании H. A. Linstone. Future Research (Reading, MA: Addison-Wesley, 1977); B. A. Montgomery et al. The Spruce Budworm Handbook, Michigan Cooperative Forest Pest Management Program. Handbook. 82-7. November. 1982; The Research News. University of Michigan. April—June. 1984; Kari Lie. The Spruce Budworm Controversy in New Brunswick and Nova Scotia // Alternatives. 10. no. 10(Spring 1980). 5; R.F.Morris. The Dynamics of Epidemic Spru ce Budworm Populations // Entomological Society of Canada, no. 31 (1963).
**Garrett Hardin. The Cybernetics of Competition: A Biologist's View of Society. Perspectives in Biology and Medicine. 7. no. 1 (1963). 58-84.
Символами «облаков» отмечены начала и концы потоков. По сути, они представляют собой запасы — источники или стоки — которые мы в данный момент не учитываем, чтобы не усложнять обсуждение. Они отмечают границы системной диаграммы. Практически никогда речь не идет о реальной границе — системы вообще редко имеют реальные границы. Как известно, все связано со всем, и четких границ тут нет. Между морем и сушей нет жесткой и однозначной границы, между социологией и антропологией нельзя провести линию раздела. Нет преграды, отделяющей автомобильные выхлопы от вашего носа... Границ на самом деле не существует — это лишь словесные понятия, рамки мышления, восприятия, принятые в обществе ограничения — искусственные, теоретические границы, мысленные модели.
Самые большие сложности возникают именно с границами. С немецкой стороны границы могут жить чехи, а с чешской стороны границы — немцы. Деревья произрастают не только в лесах — отдельные экземпляры растут даже в полях; в свою очередь, полевые культуры проникают в глубины леса. Беспорядочные, смешанные границы — источник разнообразия и творчества.
В нашем «системном зоопарке», кстати, символ «облака» применялся в той схеме, которая описывала поставки автомобилей на склад дилера, — машины поступали из «облака». Разумеется, в облаках машины не делают, их производят на заводах из определенных видов сырья, используя для этого капитал, рабочую силу, энергию, технологии и управление (все это — средства производства). Точно так же и поток машин со склада уходит не в облака, а в гаражи к частным клиентам или корпоративным заказчикам в результате продаж.
Нужно ли учитывать потоки сырья и отслеживать перемещение машин домой к покупателям (то есть надо ли вместо символа «облака» использовать на диаграмме соответствующие структуры), зависит от того, насколько такие уровневые переменные (или запасы) влияют на поведе-
Рис. 47. За «облаками» иногда скрываются другие части системы
Рис. 47. За «облаками» иногда скрываются другие части системы
ние системы в интересующих нас временных границах. Если сырья заведомо достаточно, а клиенты по-прежнему готовы покупать машины, то «облака» использовать можно. Но вот если случится нехватка сырья или насыщение рынка продукцией, а мы проведем мысленные границы вокруг системы, не включая эти факторы, то поведение системы может оказаться совершенно неожиданным.
На рис. 47 используются символы «облаков». Границу можно отодвинуть дальше. Обработанное сырье поступает с химических комбинатов, из плавильных печей, с нефтеперегонных заводов, а они, в свою очередь, получают потоки сырья от предприятий, занятых добычей полезных ископаемых. Обработка не только приводит к созданию продукции — создаются еще и рабочие места, появляются доходы, зарплаты, выбросы и загрязнения... Потребленная продукция перемещается на мусорные свалки, мусоросжигательные заводы или поступает на переработку, и это тоже затрагивает общество и окружающую среду. Утечки вредных веществ со свалок загрязняют источники питьевой воды; мусоросжигательные заводы выбрасывают дым и золу; заводы по переработке направляют вторичное сырье в производственные потоки.
Всегда ли нужно отслеживать всю цепочку, от месторождения до мусорной свалки — что называется, «от колыбели до могилы»? Это зависит от того, кто и что хочет узнать, и за какой период времени. Для долговременных оценок полная цепочка очень важна. А коль скоро физическая экономика расширяется, антропогенная нагрузка на среду («экологический след» человечества) растет, то и долговременные прогнозы вдруг превращаются в краткосрочные. Мусорные свалки заполняются (и переполняются) неожиданно быстро. Ото по-настоящему ишарашивает людей, для которых мысленная модель рисовала радужную картинку, будто они «выбросили» что-то навсегда, избавились от чего-то, отправив в некое «облако». Источники сырья — месторождения, скважины, шахты — тоже могут истощаться с неожиданно высокой скоростью.
Если раздвинуть временные рамки достаточно широко, то и шахты с месторождениями нельзя считать концом истории. Геологические циклы продолжительностью в миллионы лет продолжают перемещать горные породы по нашей планете, приводят к появлению и исчезновению морей, поднимают и опускают горные массивы. Пройдет еще сколько-то геологических эпох, и то, что было погребено в мусорных кучах, окажется на вершине скалы или на дне океана. Образуются новые месторождения металлических руд и углеводородов. В масштабах нашей планеты у системы нет «облаков», нет крайних границ. Даже реально существующие облака на небе — и те участвуют в круговороте воды в природе. Все физические потоки откуда-то поступают и куда-то ведут, всё пребывает в движении.
Но это не значит, что всякая модель, будь то мысленная или компьютерная, должна отслеживать все цепочки до тех пор, пока не будет охвачена вся планета. «Облака» — необходимая часть моделей, описывающая метафизические потоки. В буквальном смысле к нам спускаются с небес, из облаков, любовь и ненависть, гнев, чувство собственного достоинства... Если мы хотим изучить что-то, приходится прибегать к упрощениям, а значит, вводить искусственные границы. Иногда «облака» несут в себе дополнительный подтекст — например, нет ничего плохого в том, чтобы рассматривать рождаемость и смертность как приход из облаков и возвращение обратно, как на рис. 48.
Границы на рис. 48 в прямом смысле этого слова проходят «от колыбели до могилы». Но и они могут оказаться неподходящими — например, в том случае, если население
интенсивно мигрирует (эмиграция и иммиграция) или если мы изучаем проблему с нехваткой мест на кладбище.
Иногда с выбором границ приходится помучиться даже опытным системным мыслителям. Вокруг системы нет какой-то одной, раз и навсегда определенной границы. Нам приходится их придумывать, чтобы модель была доходчивой и адекватной. Если забыть, что эти границы мы искусственно воздвигли сами, могут возникнуть большие проблемы.
Отдельных, изолированных систем не существует. Мир непрерывен. Где провести искусственную границу вокруг системы, зависит от того, какая перед нами цель — на какие вопросы надо найти ответ.
Если выбрать слишком узкие границы, то поведение системы вас озадачит. Допустим, вы пытаетесь решить проблему транспортных пробок в городе, но при этом не учитываете план застройки. Вы строите дополнительные магистрали, они привлекают застройщиков, которые возводят жилые сектора по всей длине новых магистралей. В новые дома заселяются жители, которые ездят на машинах, и в результате новые магистрали точно так же забиты машинами, как и прежние.
Если вы пытаетесь решить проблему со сточными водами, что сбрасываются в реку, то необходимо учитывать, что ниже по течению тоже расположены города, — ив этом случае границы должны охватывать всю реку. Возможно, придется включить в них еще и окружающие земли, а так же грунтовые воды, связанные с рекой. Рассматривать бп^
сейны соседних рек и круговорот воды в масштабах всей
ГГТТЯТТРТМ, пкоррр ЯГ.РГО, НР ттоттяд оРттгя.
Раньше при планировании национальных парков и заповедников ограничивались физическими пределами самого парка. Но эти границы постоянно пересекают путешествующие туристы, кочевые племена, мигрирующие дикие животные. Потоки воды протекают через парк, покидают его, иногда в виде подземных вод. На приграничные зоны парка оказывает воздействие развитие местной
Рис. 49. Еще несколько примеров с «облаками». На рисунке показаны системы с определенными границами и «облаками», но при этом мышление должно охватывать и те области, что лежат за пределами системы. По какой причине люди совершают преступления и получают новые приговоры? Куда отправляют отработанные топливные стержни (тепловыделяющие элементы, ТВЭЛы) после замены? Что происходит с теми безработными, при регистрации которых произошла ошибка?
экономики. Еще нужно учитывать влияние кислотных дождей и изменение климата из-за накопления в атмосфере парниковых газов. Даже если не касаться изменения климата, все равно для управления парком нужно мыслить в границах, которые существенно шире, чем физический периметр парка.
Иногда специалисты-системщики впадают в другую крайность и делают границы слишком широкими. У них есть скверная привычка делать схемы систем такими большими, что они занимают несколько страниц, с подписями мелким шрифтом и огромным количеством стрелок, соединяющих всё и вся. «Вот это система!» - говорят они с восхищением. А если предложить рассмотреть систему поменьше, вас просто засмеют...
Соревнования в размерах («моя модель больше!») приводят к чрезмерному усложнению анализа. Модели выдают огромные объемы информации, в которых просто невозможно найти ответы на вопросы. Например, создать максимально подробную модель климата на планете — занятие очень интересное во многих отношениях, но решить, как страны могут снизить выбросы углекислого газа, чтобы уменьшить изменение климата, вполне можно и без такой модели.
Правильно подобранные модели для решения конкретной проблемы практически никогда не укладываются в границы, разделяющие научные дисциплины и области знаний. И в политические границы они тоже не вписываются. Реки могут служить удобными границами между странами, но это худший из всех возможных типов границ, если речь идет об управлении количеством и качеством воды. С воздухом дела обстоят еще хуже, потому что он постоянно пересекает политические границы. Границы между странами не имеют никакого значения, если в стратосфере истощается озоновый слой или в атмосфере накапливаются парниковые газы, и если в океане затапливают ядерные отходы.
В идеале для каждой новой проблемы нам надо заново отыскивать подходящие границы, а для этого нужна определенная гибкость мышления. Мало кто ею обладает. Мы привязаны к мысленным границам, которые однажды выбрали и к которым уже успели привыкнуть. Только подумайте, как много факторов связано с границами: границы страны, границы торгового влияния, этнические границы, границы между личной и коллективной ответственностью, между богатством и нищетой, между тем, кто загрязняет, и тем, кто страдает от этого, между теми, кто живет сейчас, и теми, кто будет жить после. Университеты могут годами спорить о том, где проходит граница между экономикой и теорией управления, искусством и историей искусства, литературой и литературной критикой. Слишком часто те же университеты служат живыми примерами того, как воздвигаются искусственные границы, незыблемые и непреодолимые.
Всегда полезно помнить (хоть это и нелегко), что границы создаем мы сами. При каждом обсуждении, для каждой новой проблемы или цели их можно и нужно пересматривать. Довольно трудно удержаться от искушения использовать те же границы, что хорошо подошли к предыдущей проблеме, и вместо этого заново подбирать пределы для новой задачи. Но если мы действительно хотим найти решение, придется совершать над собой усилие и делать именно так.
Уровни пределов
Системы удивляют нас, потому что привычный образ мыслей всегда связывает одиночные причины с одиночными же следствиями. Нам удобно держать в памяти одно или несколько дел, но не больше. И нам очень не нравится думать о пределах, особенно если речь идет о наших планах и желаниях.
Но мы живем в мире, где ежедневно множество причин одновременно вызывает множество следствий. Многочисленные входные ПОТОКИ определяют многочисленные выходные потоки, и практически все они (и входы, и выходы) имеют ограничения. Например, для промышленного производства необходимы:
■ капитал;
■ рабочая сила;
■ энергия;
■ сырье;
■ производственные площади;
■ вода;
■ технологии и методы;
■ кредиты;
■ страховое обеспечение;
■ заказчики и потребители;
■ налаженное управление;
■ общественные институты и общегосударственные функции (полиция, пожарная охрана, образовательные центры для подготовки управленческого персонала и рабочих);
■ институт семьи (для рождения и воспитания тех, кто производит, и тех, кто потребляет);
и здоровая окружающая среда, обеспечивающая или поддерживающая все перечисленные входные потоки и способная поглотить или переработать соответствующие отходы.
Полю, на котором растут зерновые, необходимы:
■ солнечный свет;
■ воздух;
■ вода;
■ азот;
■ фосфор;
■ калий;
■ десятки микроэлементов;
■ рыхлая почва с почвенными микроорганизмами;
■ способы борьбы с сорняками и сельскохозяйственными вредителями;
■ меры защиты от выбросов и отходов, производимых промышленностью.
Именно на примере выращивания зерновых Юстус Либих сформулировал свой знаменитый закон лимитирующего фактора (закон минимума). Если растениям не хватает фосфора, то уже не имеет значения, что азот им доступен в избытке. А если почва бедна калием, то внесение дополнительного количества фосфора ситуацию не улучшит.
Без дрожжей тесто не поднимется, сколько бы муки вы ни сыпали. Дети не будут расти, если в их рационе будет недостаточно белковой пищи — углеводы не могут служить заменой белкам. Предприятия не могут работать без энергии, сколько бы заказчиков и клиентов у них ни было, и точно так же работа невозможна, если энергии сколько угодно, а клиентов нет.
Закон лимитирующего фактора прост, но его очень часто неправильно понимают. Например, агрономы уверены, что знают, какой состав должен быть у искусственного удобрения, потому что они нашли концентрацию большинства макро- и микроэлементов, которые содержатся в плодородной почве. Но они упускают из виду, что могли быть определены не все питательные вещества, необходимые для роста. Не учитывают они и то, как химические удобрения могут повлиять на популяции почвенных микроорганизмов. Не может ли оказаться так, что применение таких удобрений повредит каким-либо другим функциям плодородной почвы? Не станет ли это дополнительным лимитирующим фактором? Стоит принять во внимание и те факторы, которые ограничивают само производство химических удобрений.
В любой момент времени для системы наиболее важен тот входной поток, который оказывает самое сильное лимитирующее воздействие.
Богатые страны предоставляют развивающимся государствам капитал и технологии, а потом удивляются, почему это экономики стран-получателей помощи по-прежнему не развиваются. И никому не приходит в голову, что капитал и технологии — не основные лимитирующие факторы. Есть и другие.
Основное развитие экономики происходило в те времена, когда главными лимитирующими факторами на производстве были капитал и рабочая сила. С тех самых пор большинство производящих отраслей отслеживают именно эти два фактора (иногда добавляя к ним фактор технологического развития). По мере расширения экономики относительно мировой экосистемы лимитирующие факторы меняются — ими становятся чистая вода, чистый воздух, места для захоронения отходов, приемлемые формы энергии и сырья. В результате традиционные методы управления, учитывающие только капитал и рабочую силу, становятся бесполезными.
Студентам, изучающим системную динамику в Массачусетском технологическом институте, демонстрируют классические модели, в том числе модель корпоративного роста, созданную Джеем Форрестером. Всё начинается с небольшой компании, успешной в бизнесе и потому быстро растущей. Основная проблема, с которой сталкивается эта компания, — как распознать сменяющиеся лимитирующие факторы и что потом с ними делать? Причем изменение факторов происходит как раз из-за того, что компания растет.
Например, компания может нанять менеджеров по продажам, которые настолько хорошо выполняют свою работу, что заказы на продукцию поступают быстрее, чем про изводство способно их выполнить. Возрастают задержки в исполнении заказов, компания теряет клиентов, потому
что в данном случае лимитирующий фактор — мощность производства. Руководство решает направить капитал в расширение производственной базы. Спешно нанимается персонал для дополнительного производства. На обучение новых сотрудников времени не хватает, и в результате качество продукции ухудшается. Компания снова теряет заказчиков; на сей раз лимитирующий фактор — квалификация работников. Руководство решает вложить средства в обучение персонала. Качество улучшается, заказы снова начинают поступать в большом количестве, и снова выполнить их все не удается, история повторяется...
С подобными пределами, имеющими разные уровни, сталкиваются все системы: поднимающиеся всходы, растущие дети, распространяющиеся эпидемии, создаваемые новые виды продукции, технологические усовершенствования, предприятия и компании, города и населенные пункты, экономика и население. Важно не только понимать, какой фактор является лимитирующим, но и знать, что любой рост сужает или расширяет пределы и тем самым меняет сущность ограничения: лимитирующим становится другой фактор. Взаимодействие между всходящим растением и почвой, растущей компанией и рынком сбыта, развивающейся экономикой и ее ресурсной базой всегда динамично, подвержено изменениям. Когда один фактор перестает быть лимитирующим, происходит дальнейший рост, и сам факт роста приводит к изменениям в относительной доступности или дефиците тех или иных факторов. И тогда обязательно проявится следующее ограничение — другой лимитирующий фактор. Настоящее понимание роста выражается в том, чтобы переключать внимание с факторов, имеющихся в изобилии, на те, которых может оказаться недостаточно, то есть те факторы, которые станут лимитирующими в будущем. Только в этом случае можно по-настоящему управлять процессом роста.
Любой существующий объект или система со многими входными и выходными потоками — население, процесс производства, экономика — окружены пределами, распределенными по разным уровням. Когда система развивается, она взаимодействует со своими собственными пределами и влияет на них. Растущий объект и ограниченная среда, которая его окружает, вместе образуют динамическую систему, претерпевающую эволюционные изменения.