Азбука системного мышления

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]

, физик

Что-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 циклов

С 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 °С, 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.

Рис. 16. Температура в холодном помещении быстро повышается до значения, указанного настройками термостата

Тем не менее это не единственный цикл в системе. Тепло также частично рассеивается и утекает наружу. Утечка тепла регулируется вторым балансирующим циклом обратной связи, изображенным в правой части схемы на рисунке 15. Этот цикл стремится сравнять температуру в помещении с температурой на улице, как в случае с охлаждением кофе.

При единственном цикле в системе процесс можно было бы описать графиком (рис. 17), показывающим, с какой скоростью остывает воздух в теплой комнате в холодный день.

Рис. 17. Температура в теплом помещении очень медленно падает до значения, равного 10°С и соответствующего температуре воздуха снаружи

Предполагается, что теплоизоляция не идеальна, поэтому тепло из комнаты утекает наружу. Чем лучше изоляция, тем медленнее будет происходить снижение температуры в комнате.

Что же произойдет при одновременной работе двух циклов? Предположим, что в помещении хорошая теплоизоляция, а площадь обогревателя позволяет циклу, отвечающему за подачу тепла, преобладать над циклом, отвечающим за утечку наружу. В таком случае в помещении будет тепло (рис. 18) даже в холодный день.

Рис. 18. При включенном обогревателе температура в помещении повышается до заданного значения и поддерживается на этом уровне, несмотря на утечки тепла