Причинные связи и кольца обратных связей

Диаграмма (график) базовой динамики

График базовой динамики — это очень простая картинка основных типов поведения, которые наблюдаются в системе. Элементы этой картинки: по оси “х” откладывается время; по оси “у” — существенные факторы системы. Например, если мы исследуем разрушение окружающей среды во фруктовом саду, то такой базо­вой динамикой может быть растущее использование пестицидов. С каждым годом мы вносим их все больше и больше. Одновре­менно снижается способность экосистемы самой противостоять нападениям всевозможных насекомых: из-за того, что мы вносим пестициды, могут быть отравлены птицы, которые в нормальной ситуации уничтожают этих насекомых.
С другой стороны, эта же картинка иллюстрирует соотношение количества алкоголя, потребляемого больным алкоголизмом, за период 30 лет, и состояния его здоровья. Нижняя кривая—количество алкоголя, а верхняя — состояние здоровья.
Или еще пример: нижняя кривая может представлять количе­ство имеющегося в наличии ядерного оружия, а верхняя — безо­пасность населения страны.
Иногда базовая динамика может быть разделена на два перио­да: исторический и будущий. В этом случае мы пользуемся таком диаграммой для того, чтобы понять, каким образом мы можем изменить исторические тенденции, устоявшиеся типы поведения, чтобы восстановить состояние здоровья системы.
Чему эта диаграмма служит? Она помогает группе людей, изучающих ту или иную проблему, прийти к согласию о том, что они одинаково понимают проблемную динамику этой системы. Когда они согласились, прочувствовали эти графики, то они пере­ходят к следующей стадии системного анализа проблемы. Эта ста­дия — определение причинных связей. И здесь мы пользуемся еще одним типом диаграмм.

Причинные связи и кольца обратных связей

Эта диаграмма означает, что если “А” меняется, то в резуль­тате этого происходит изменение и “В”. Эти изменения могут осуществляться посредством самых разных механизмов. Например, может быть, что информация об “А” заставит кого то изменить “В”. Если “А” — цена мяса, тогда она влияет на “В” — объем продажи мяса. Механизм воздействия может быть и другой: физи­ческий поток какого-то вещества вытекает из “А” и перетекает в “В”. “А”—население, проживающее в деревне, а “В”—насе­ление, проживающее в городе.

Мы определяем 2 типа причинных воздействий: положитель­ное (+) и отрицательное (—).

Отрицательное воздействие имеет место в случае, когда возра­стание “А” приводит к убыванию “В” и наоборот. Наличие отри­цательного воздействия вовсе не означает, что это какое-то плохое воздействие, это означает, что направления изменения этих пере­менных противоположны
Если причинная связь положительная, то направление измене­ния обеих переменных происходит в одну сторону.
Иногда должен пройти некоторый конечный промежуток вре­мени, чтобы изменение “А” повлияло на “В”. Это называется за­паздыванием и обозначается перечеркнутой стрелкой.

У большинства людей понимание причинности изменений, имеющих место в реальной жизни, весьма простое. Они часто пользуются моделями, похожими на вышеуказанные, и если вы спросите их, почему изменилось “В”, они вам ответят: “Ну как почему, потому что на него влияет “А”, и из-за того, что “А” изменилось, изменилось и “В”. На самом деле эти изменения определяются не одной связью, а значительно более сложной структурой связей.

Обычно цепочки таких причинных связей замыкаются в контуры, кольца обратных связей. При наличии обратной связи мы уже можем сказать, что “В” изменилось, потому что изменилось “В”. Следовательно, “В” становится причиной своего собственного поведения во времени.

Показанное на рисунке кольцо ABDC—отрицательное. Наличие отрицательного кольца обратной связи определяет гомеостаз систе­мы, т. е. стремление ее к достижению некоторой цели. Цель этой системы заключается в том, чтобы удержать, например, перемен­ную “В” на некотором уровне. Посмотрим, что произойдет, если изменить “В”. Допустим, “В” возросло, тогда двигаясь по внеш­нему контуру, можно сделать вывод, что “D” уменьшится из-за того, что связь между “В” и “D” отрицательная, далее “С” умень­шится, потому что связь между “D” и “С” положительная, а затем и “А” уменьшится, потому что связь между “С” положительная. Через некоторое запаздывание уменьшится и “В”, по­тому что связь между “А” и “В” положительная. Следовательно, отрицательные кольца обратной связи противодействуют внешним воздействиям, стремящимся изменить переменные системы. Пове­дение системы отрицательного обратного контура сопротивляется изменениям извне.

Таким образом, чтобы понять, почему сохраняется такое явле­ние, как разрушение окружающей среды, надо найти действующую в этой системе отрицательную обратную связь, которая все время сопротивляется нашим действиям, направленным на сохранение окружающей среды.

Когда количество отрицательных причинных связей в одном контуре четное, он является положительным контуром обратной связи. Поведение, которое генерирует такая структура—либо экспо­ненциальный рост, либо экспоненциальный коллапс.

3. Обоснование необходимости анализа посредством контуров обратных связей.

Почему у нас такой большой интерес к кольцам обратных свя­зей? Зачем они нужны?

Во-первых, когда мы начинаем заниматься выявлением актив­ных колец обратных связей в системах, мы обнаруживаем, что многие простые кольцевые структуры, которые определяют поведе­ние системы, присутствуют в очень широком диапазоне систем с разным смысловым наполнением.

Через минуту вы увидите, что процесс употребления кофе для пополнения запасов энергии в организме, процесс использования пестицидов для уничтожения насекомых, процесс создания бомб для обеспечения безопасности, или, например, процесс строитель­ства заводов, которые, с одной стороны, обеспечивают рабочих ра­бочими местами, а с другой, разрушают окружающую среду, — все эти процессы имеют одинаковые структуры колец обратных связей.

И если мы этот момент совместим со второй причиной, о кото­рой речь пойдет ниже, мы получим в руки очень мощный инстру­ментарий для анализа таких систем.

Во-вторых, общее поведение таких систем определяется в боль­шей степени кольцами обратной связи, а не конкретными значе­ниями коэффициентов, которые определяют силу каждой отдельной причинной связи.

Если вы знаете очень хорошо поведение во времени одной системы и правильно определили структуру колец обратных свя­зей в ней и потом обнаружили такую же структуру колец обратных связей в другой системе, то вы практически большую часть своих знаний о поведении первой системы можете считать знаниями о поведении второй системы.

В-третьих, мощным инструментом анализа являются причинно следственные кольца обратных связей из-за того, что изменение коэффициентов отдельных связей редко приводит к существенному изменению поведения системы. Для того чтобы изменять поведение, нужно менять структуру посредством либо добавления, либо изъятия колец обратных связей.

Эти три положения, может быть, с первого взгляда не явля­ются очевидными и на самом деле во многих научных дисциплинах исследования концентрируются на определении вот таких коэффи­циентов без рассмотрения структуры. Но я вам могу сказать, что на протяжении всех 30 лет моей научной деятельности я вновь и вновь убеждался в истинности положений.

И сейчас я вам покажу простую структуру, которая будят иллюстрацией этих положений.