Джозеф МакДермотт - Искусство системного мышления. Необходимые знания о системах и творческом подходе к решению проблем

Принцип обратной связи настолько прост и широко распространен, что мы буквально живем и дышим в петлях обратной связи, принимая их как нечто само собой разумеющееся. А между тем их значение трудно переоценить.

Петля обратной связи действует и в машинах, которые мы создаем. Наличие ее позволяет агрегату работать без прямого участия человека. Машины, оборудованные устройствами обратной связи, более производительны, надежны и не нуждаются в постоянном присмотре. Паровой двигатель, например, кардинально преобразовал существовавшие технологии, дал толчок развитию промышленной революции и изменил нашу жизнь в быту и на работе. Сегодня электронные устройства, использующие принцип обратной связи, стали двигателем информационной революции, мозгом компьютеров и всех устройств, использующих микрочипы, — от стиральных машин до ракет.

Чтобы ознакомиться с работой простого механического устройства обратной связи, достаточно заглянуть в собственную ванную. Поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень воды в сливном бачке туалета. Принцип очень простой. Большой полый шар, соединенный рычагами с клапаном, перекрывающим входную трубу, плавает на поверхности воды. Нажатием на спусковой рычаг вы открываете выпускной клапан, уровень воды в бачке понижается, а с ним опускается вниз и поплавок. Тем самым он открывает входной клапан, и в бачок начинает поступать вода. Ее уровень постепенно повышается, поэтому всплывает и поплавок. По мере этого процесса щель входного клапана сужается, а когда поплавок займет первоначальное положение, приток воды прекратится. Очень похожая система действует в автомобиле, где она контролирует поступление бензина через карбюратор. Нажимая на газ, нога водителя управляет клапаном, но это можно делать и автоматически с помощью системы оптимального регулирования скорости — более сложного устройства обратной связи.

Система домашнего отопления — еще один классический пример механизма обратной связи. Вы устанавливаете нужный уровень температуры. Это «цель» системы. Если температура воздуха в доме упала ниже заданной величины, контактный термометр замыкает электрическую цепь и включает обогреватель. Температура воздуха постепенно повышается. Как только она достигнет целевого значения, контакт в термометре разомкнется, и нагреватель перестанет работать. Вы лишь устанавливаете требуемое значение температуры, а система делает все остальное. Но она не годится в жаркую погоду, когда температура воздуха поднимается выше желаемого уровня. В этой ситуации нужна другая система терморегулирования, которая включает кондиционер, если в доме становится слишком жарко.

Вы заметили, что, когда открываете холодильник, обычно тут же включается компрессор? Это происходит потому, что через открытую дверь в холодильную камеру поступает теплый воздух. Его приток создает температуру выше уровня, установленного на термостате, и тот включает компрессор, который начинает охлаждать камеру.

Наш организм оснащен гораздо более сложной системой терморегуляции, которая поддерживает температуру тела на постоянном уровне. В норме она составляет 36,6 °С, и невозможно изменить этот целевой уровень! Когда мы перегреваемся, происходит несколько явлений. Выступает пот, потом он испаряется и, соответственно, температура кожи падает. Кроме того, расширяются поверхностные кровеносные сосуды, возрастает приток крови к поверхности кожи, и организм выбрасывает лишнее тепло. Обе эти реакции мы не можем контролировать; они представляют собой автоматически действующие механизмы обратной связи. Наше тело способно переносить колебания внутренней температуры лишь в очень узком диапазоне.

Наличие обратных связей — неотъемлемая характеристика систем: нет обратных связей, нет и систем. Существует два основных типа обратной связи:

Усиливающая обратная связь — когда изменение состояния системы служит сигналом к усилению первоначального изменения. Иными словами, система обеспечивает большее изменение в том же направлении.

Уравновешивающая (балансирующая) обратная связь — когда изменение состояния системы служит сигналом к началу движения в противоположном направлении, чтобы восстановить утраченное равновесие.

Все сколь угодно сложные системы используют только эти два типа обратной связи.

Для начала ознакомимся с усиливающей обратной связью. Ее часто именуют «положительной», но это не очень удачное название, поскольку создается впечатление, что речь идет о чем-то непременно хорошем и одобряемом. Связь этого типа бывает полезной, но может стать и причиной несчастья, когда она ведет систему к гибели. Все зависит от того, что именно изменяется. Во избежание путаницы мы всегда будем говорить об «усиливающей» обратной связи.

Такая обратная связь толкает систему по выбранному пути. В зависимости от начальных условий она может вести к росту или затуханию процесса. Вознаграждение составляет часть петли этой обратной связи, если оно поощряет, ведет к усилению того же поведения. Это могут быть подарок, деньги, слова поддержки и даже улыбка. Вы совершаете действие, получаете вознаграждение и повторяете действие — вот вам и петля усиливающей обратной связи. Само по себе вознаграждение нельзя считать обратной связью, если оно не ведет к усилению того же поведения.

Представьте себе снежный ком, скатывающийся по склону холма. С каждым оборотом на него налипает все больше снега, и он становится все огромней, пока не превратится в снежную лавину.

А вы знаете, что банковский счет — это тоже система? Сберегательный вклад обладает всеми признаками механизма усиливающей обратной связи. Представьте, что у вас на счете 1 тыс. долл., которая приносит 10% годовых. За первый год капитал даст 100 долл. в виде процентов, и сумма на счете вырастет до 1100 долл. За второй год эта новая сумма обогатит вас еще на 10%, т.е. 110 долл., и капитал составит 1210 долл. На третий год процентный доход окажется еще более значительным. Чем больше сумма вклада, тем больше сумма процентов, которые идут на увеличение счета. Если продолжать в том же духе, то через семь лет ваши деньги удвоятся и составят 2 тыс. долл. Сумма будет удваиваться каждые семь лет. Если при рождении ребенка положить на его счет 1 тыс. долл., к двадцати одному году он получит 8 тыс. долларов. При отсут- ствии ограничений усиливающая обратная связь порождает экспоненциальный рост, когда прирост пропорционален достигнутому результату, а время удвоения постоянно. Сначала процесс идет медленно, но чем дальше, тем быстрее.

В этой книге символом усиливающей обратной связи будет служить изображение снежного кома: