За счет действия циклов обратной связи уровень запаса поддерживается в пределах определенного диапазона, увеличивается или уменьшается. В любом случае входящие и исходящие потоки корректируются при изменении величины запаса. В случае нежелательного изменения уровня запасов запускается процесс, вносящий изменения в систему, который осуществляется путем увеличения или уменьшения темпа входящего и/или исходящего потоков. Можно сказать, что уровень запаса управляет собой через обратную связь, состоящую в последовательности сигналов и действий.
Рис. 8. Как читать схемы потоков с циклами обратной связи. На каждой такой схеме указаны: запас, поток, изменяющий величину запаса, и управляющая действием информационная связь (показана изогнутой стрелкой). Она либо усиливает воздействие, либо изменяет запас, регулируя потоки
Цикл обратной связи представляет собой замкнутую цепочку причинно-следственных связей, которые реализуются через набор решений или правил, физических законов или действий и не только зависят от уровня запаса, но и влияют на него
Не все системы имеют циклы обратной связи. Некоторые из них относительно просты и представляют собой открытые цепочки запасов и потоков, на которые могут влиять лишь внешние факторы. Но уровни запасов в них не влияют на величину потоков. Тем не менее, как мы увидим дальше, систем с обратной связью намного больше.
Стабилизирующие циклы. Балансирующая обратная связь
Как вы видели на примере изменения текущего счета в банке, существует вид цикла обратной связи, который стабилизирует величину запаса. Уровень запаса не может оставаться строго фиксированным, его величина колеблется в допустимом диапазоне. Ниже приведены примеры стабилизирующих циклов обратной связи, которые могут быть вам знакомы. В них подробно излагаются некоторые этапы цикла обратной связи.
Если вы пьете кофе для того, чтобы почувствовать прилив бодрости, то берете в руки чашку горячего черного напитка и представляете, что становитесь энергичнее (пополняете уровень запаса энергии). Цель этой системы доставки кофеина — удержать ваш фактический запас энергии на желаемом уровне. Конечно, цели могут быть и другими: насладиться прекрасным ароматом, выпить чашечку кофе в приятной компании и так далее, но именно то обстоятельство, что вы менее энергичны, чем вам необходимо, и провоцирует желание выпить кофе.
Рис. 9. Изменение уровня энергии человека, пьющего кофе
Обратите внимание, что надписи на рисунке 9, как и на всех подобных схемах в этой книге, не содержат сравнения больше/меньше. Надписи гласят «запас энергии в организме», а не «низкий уровень энергии», «употребление кофе», а не «употребление большего количества кофе». Такая формулировка объясняется тем, что циклы обратной связи часто работают в двух направлениях. В нашем случае цикл обратной связи может корректировать как избыточные потоки, так и недостаточные. Если вы выпьете слишком много кофе, уровень энергии повысится и какое-то время вы будете воздерживаться от кофеина. Если энергетический уровень окажется слишком высоким, вы сократите потребление кофе до тех пор, пока он не достигнет нормального значения. Схема показывает, что цикл обратной связи работает в сторону как уменьшения, так и увеличения запасов.
На схеме можно было бы показать входящий поток энергии просто вытекающим из «облака», но в данном случае схема немного сложнее. Нельзя забывать, что на любой системной схеме реальный мир представлен упрощенно. Насколько — решать вам. В приведенном выше примере упоминается еще один запас — запас энергии в организме, и эта энергия активируется при помощи кофеина. Это показывает, что система — нечто большее, чем один простой цикл. Каждый любитель кофе знает, что действие кофеина достаточно быстро заканчивается. Образно говоря, кофе позволяет быстрее запустить двигатель, но не наполняет «топливный бак». В результате организм становится еще более истощенным, чем до употребления кофе. Это активирует новый цикл обратной связи и заставляет нас снова наполнять свою кружку бодрящим напитком (см. далее описание наркотической зависимости), хотя разумнее и дальновиднее было бы перекусить, прогуляться или выспаться.
Такой стабилизирующий, целенаправленный, регулирующий величину запасов цикл называется балансирующим (уравновешивающим, стабилизирующим) циклом обратной связи, и на схемах такие циклы отмечены буквой «Б». Цель балансирующих циклов обратной связи — достижение необходимого уровня запасов и стабилизация их величины. Каждый подобный цикл стремится к тому, чтобы удерживать величину запасов на заданном уровне (или в пределах определенного диапазона). Балансирующий цикл противодействует любому воздействию на систему, которое может изменить запасы. Если запасы слишком сильно возрастут, действие цикла будет направлено на их уменьшение, и наоборот.
Еще один пример кофе и балансирующего цикла обратной связи, который относится не к человеческим решениям, а к законам физики. Горячий кофе в чашке постепенно остывает до комнатной температуры. Скорость его охлаждения зависит от разницы между температурой кофе и температурой в помещении. Чем она больше, тем быстрее будет остывать кофе. Цикл работает и в обратную сторону: если вы приготовите холодный кофе в жаркий день, он будет нагреваться до тех пор, пока его температура не станет такой же, как температура в помещении. Цель этой системы — довести разницу температур между температурой кофе и температурой воздуха в помещении до нуля. И не имеет значения, был ли кофе более горячим или более холодным.
Рис. 10. Схемы остывания (слева) и нагрева (справа) чашки кофе
Графики, приведенные на рисунке 11, показывают, как меняется температура холодного и горячего кофе в одном помещении с течением времени. Это типичный пример поведения балансирующего цикла обратной связи. Независимо от изначального значения запаса системы (температуры кофе), будь оно выше или ниже желаемого (комнатной температуры), цикл обратной связи приближает его к одной и той же цели. Сначала изменения происходят быстро, но скорость охлаждения (или нагрева) постепенно снижается по мере того, как расхождение между текущим и целевым значением запаса уменьшается.
Рис. 11. Приближение значения температуры кофе к температуре воздуха в помещении, равной 18 °C
Эту модель поведения — стремление системы к заданной цели — можно проследить, наблюдая за радиоактивным распадом, самонаводящимися ракетами, обесцениванием активов, контролируемым уровнем воды в водохранилище, регуляцией организмом уровня глюкозы в крови, торможением автомобиля перед светофором. Придумайте свои примеры. Мир полон циклов обратной связи.
