14. Формы представления структуры и поведения системы. Положительные и отрицательные обратные связи.

Структуры, их виды и формы представления

Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение). Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность ее элементов и связей. 

Для структур характерны следующие свойства:

четкая ориентация на определенный интервал времени;

конкретность и изменчивость;

непротиворечивость и согласованность с другими целями и ресурсами;

адресность и контролируемость.

Различные виды структур имеют специфические особенности и включают:

сетевые структуры или сети, представляющие собой декомпозицию системы во времени. Для анализа сложных сетей существует математический аппарат теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления, что обусловливает их широкую распространенность при представлении процессов организации производства и управления предприятиями в целом;

иерархические структуры, представляющие собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины и связи существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь не два, а большее число уровней декомпозиции. Иерархические структуры включают:

структуры типа дерева (с "сильными" связями), в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одной вершине вышележащего (и это справедливо для всех уровней иерархии);

структуры со "слабыми" связями, в которых каждый элемент нижележащего уровня (один или несколько) может быть подчинен двум и более вершинам вышележащего;

смешанные иерархические структуры могут иметь как вертикальные связи разной силы (управление), так и горизонтальные связи взаимодействия (координация);

структуры с произвольными связями - используются на начальном этапе познания системы, когда не известен характер взаимодействий между элементами и распределение элементов по уровням иерархии;

матричные структуры - соответствуют взаимоотношениям между двумя смежными уровнями иерархической структуры со "слабыми" связями. Матричные структуры могут быть и многомерными.

Сила отрицательных обратных связей по сравнению с изменениями, которые они пытаются корректировать.

Отрицательные обратные связи вездесущи в системах. Их использует природа, их применяют люди как средство контроля, когда нужно поддерживать важную систему в безопасном диапазоне состояний. Классический пример – обратная связь в термостате. Её задача – поддерживать неизменным системное состояние, температуру в комнате, на нужном уровне. Каждой отрицательной обратной связи нужна цель (настройки термостата), средства мониторинга и сигнализации, чтобы отмечать отклонения от цели (термодатчик), и механизм реагирования (нагреватель, кондиционер, вентиляторы, трубы обогрева, топливо и т.д.).

Сложные системы обычно имеют множество отрицательных обратных связей, которые она использует, чтобы само-корректироваться в различных условиях и при разных внешних воздействиях. Большая часть этих связей может быть неактивной большую часть времени, как например, аварийная система охлаждения на атомных электростанциях, или наша способность потеть или дрожать, чтобы поддержать температуру тела. Они могут быть незаметными, но их наличие критически важно для долгосрочного благополучия системы.

Другой пример – вторжение в своё собственное время, предназначенное для отдыха, восстановления, социализации.

"Сила" отрицательной обратной связи, её способность поддерживать заданный уровень в хранилище, зависит от комбинации всех ее параметров и связей, от точности и частоты мониторинга, от скорости и силы реагирования, от направления и величины корректирующих потоков. Иногда тут лежит чувствительная точка.

Эти парни стараются ослабить силу рыночных сигналов обратной связи, вмешиваясь в потоки информации по своему усмотрению. Но реальный рычаг, чувствительная возможность состоит тут в том, чтобы не позволять им этого делать. Значит, необходимы антитрастовые законы, законы о правдивости рекламы, усилия по интернализации затрат (например, налоги на загрязнение окружающей среды), ликвидация необоснованных субсидий и другие способы выровнять поле рыночной игры.

Но ни один из них не используется сегодня в полной мере, потому что ослабел еще один набор отрицательных обратных связей: сама демократия. Эта великолепная система была изобретена, чтобы наложить само-корректирующие обратные связи между людьми и их правительствами. Люди, будучи информированы о том, что делают выбранные ими представители, голосуют за то, чтобы выгнать или оставить тех в своих кабинетах. Успех системы зависит от того, насколько свободный, полный и непредвзятый поток информации курсирует между электоратом и лидерами. Но эти лидеры тратят миллиарды долларов, чтобы ограничить и исказить этот поток. Дайте людям, которые хотят исказить ценовые рыночные сигналы, возможность заплатить этим лидерам, превратите каналы коммуникации в имеющие свой интерес корпорации, и ни одна из необходимых отрицательных обратных связей не будет работать как следует. Рынок и демократия помогают друг другу разрушаться.

Важна сила отрицательных обратных связей в сравнении с силой воздействий, которые они должны компенсировать. Если сила воздействия увеличивается, обратная связь также должна усилиться. Система термостата может хорошо работать в холодный зимний день, но откройте все окна и ее корректирующие способности не справятся с холодом. Демократия лучше работала до наступления эпохи промывающих мозг централизованных массовых коммуникаций. Традиционный контроль за ловом рыбы был эффективен до тех пор, пока не появились технологии локации рыбных косяков, дрейфующие сети и другие технологии, так что всего несколько игроков теперь могут выловить всю рыбу. Власть больших индустрий требует власти большого правительства, чтобы их контролировать, глобальная экономика делает необходимым глобальное правительство.

Вот несколько примеров усиления отрицательных обратных связей, которые улучшают способность системы к само-коррекции:

Превентивная медицина, физические упражнения и хорошее питание усиливают способность тела бороться с болезнью.

Интегрированный контроль за вредителями, который поддерживает естественных хищников, уничтожающих вредителей посевов.

Акт о свободе информации, который снижает секретность действий правительства.

Система мониторинга, сообщающая о вреде, наносимом окружающей среде.

Защита правозащитников и журналистов, ведущих расследования.

Налоги на загрязнение окружающей среды и другие способы снизить эксплуатацию общих ресурсов в пользу частной прибыли.

Положительные обратные связи само-усиливаются. Чем сильнее она действует, тем больше получает подкрепления и тем еще сильнее действует. Чем больше людей заболели гриппом, тем больше они заразят других. Чем больше детей родилось, тем больше людей вырастет и родит других детей. Чем больше денег у вас в банке, тем больше дивидендов вы получите и тем больше денег вы будете иметь в банке. Чем больше эрозия почвы, тем меньше растений может на ней расти, тем меньше корней и листьев, смягчяющих удары дождевых капель и ветров, тем больше почва подвергается эрозии. Чем больше высокоэнергетических нейтронов, тем больше они разбивают атомных ядер и тем больше их появляется.

Положительные обратные связи это источники роста, взрыва, разрушения и коллапса в системах. Система с неконтролируемой положительной обратной связью в конце концов разрушается. Вот почему они встречаются не так часто. Обычно рано или поздно вмешивается отрицательная обратная связь. Эпидемия охватывает всех способных к заражению людей и останавливается – или люди предпринимают все более активные усилия, чтобы избежать заражения. Уровень смертности поднимется до уровня рождаемости – или люди столкнутся с последствиями неконтролируемого роста населения и это приведет к снижению рождаемости. Почва полностью выветрится до скальной породы – или люди ограничат использования земли под пастбища, соорудят заграждающие дамбы, посадят деревья и остановят эрозию.

Во всех этих примерах первый результат – это то, что происходит, если положительная обратная связь развивается бесконтрольно, а второй – если предприняты меры для ограничения её само-усиления, умножения. Снижение степени умножения в петле положительной обратной связи, замедление роста, обычно является более значимой чувствительной точкой системы, нежели усиление отрицательных обратных связей и гораздо более предпочтительно, чем бесконтрольные положительные обратные связи.

Темпы роста населения и экономики являются чувствительными точками, потому что замедление роста дает множеству отрицательных петель – технологиям, рыночным механизмам и другим формам адаптации, каждая из которых имеет свои ограничения и запаздывания – запас времени на срабатывание. Точно также, лучше замедлить автомобиль, когда вы едете слишком быстро, чем полагаться на все быстрее реагирующие тормоза и на новые технологические наработки в системе управления.

Другой пример: многие положительные обратные связи в обществе вознаграждают победителей соревнования дополнительными ресурсами так что в следующий раз они побеждают в еще большем масштабе. Системщики называют это петлей "от успеха к успешности". Богатые люди собирают дивиденды, бедные их платят. Богатые люди платят финансистам и опираются на политиков, чтобы снизить свои налоги, бедные люди не могут. Богатые люди оставляют своим детям наследство и дают им хорошее образование, дети бедных не имеют ни того ни другого. Программы борьбы с бедностью представляют собой слабые отрицательные обратные связи, которые пытаются бороться с сильными положительными обратными связями. Было бы гораздо эффективнее ослаблять сами положительные связи. Для этого и нужны прогрессивные системы налогообложения, налоги на наследство и универсальные программы качественного публичного образования. (Но если богатые смогут купить правительство и ослабить эти меры, тогда правительство вместо того, чтобы компенсировать петли "от успеха к успешности" становится лишь еще одним инструментом их усиления!)

Самое интересное поведение, которое может появиться в результате быстрого запуска положительной обратной связи это хаос . Это непредсказуемое, нерегулярное, но ограниченное поведение случается, когда система начинает меняться гораздо быстрее, чем на это могут отреагировать ее петли отрицательной обратной связи. Например, если вы придерживаетесь модели ускоряющегося темпа роста капитала в мире, в конце концов вы придете к точке, в которой еще небольшое дополнительное увеличение переведет экономику из экспотенциального роста к осцилляциям. Еще один маленький толчок вперед дает удвоение интенсивности осцилляций. И, наконец, даже малейший дополнительный толчок приведет систему в хаос.

Я не ожидаю, что мировая экономика войдет в хаос в обозримом будущем (во всяком случае, не по этой причине). Подобное поведение появляется только в нереалистичных диапазонах параметров, эквивалентных удвоению объема экономики каждый год. Однако, реальные системы могут становиться хаотическими, если что-то внутри них растет или уменьшается слишком быстро. Быстро размножающиеся бактерии или популяции насекомых, очень заразные эпидемии, спекулятивные пузыри в денежных системах, потоки нейтронов в недрах атомных электростанций – все эти системы могут быть хаотическими. Контроль в них должен быть основан на снижении интенсивности положительных обратных связей.

В обычных системах ищите чувствительные точки в темпах рождаемости, в процентных ставках, в темпах эрозии, в петлях "от успеха к успешности" – всюду, где чем больше вы имеете, тем больше возможностей иметь еще больше.