第二章:系统大观园——单存量系统1

系统1.1:一个存量、两个相互制衡的调节回路的系统

经典代表:温度调节器

受温度调节器和火炉控制的室内温度

工作原理:当室温低于设定的温度时,温度调节器探测到这一差异后会发出启动火炉加热的信号,从而提高室内温度;当室温升高,超过设定温度时,温度调节器则不再加热。这不是系统中唯一的回路,因为热量会散失到室外,这一回路的目标是使室内外温度一致。当以上两个回路同时运作时,情况会怎么样?假设房间的保温效果足够好,火炉的功率很充足,制热的回路居于主导地位,随着室温的升高,向外流出的热量也在增加,因为室内外温差加大,但是由于火炉持续加热,流入的热量超过了流出的热量,所以室温会逐渐达到目标温度。至此,火炉释放的热量与从室内流失的热量达到了均衡。因为存在向外的热量散失,所以温度会略微低于设定的目标温度。

制热回路取代制冷回路居于主导地位

假设你试图将商店里的库存量维持在特定水平,由于从订购到进货存在一定的时间延迟,你不可能立即以新货物补足已售出的货物,也无法准确地预计在你等待订购的货物到来之前可能售出多少货物,你就可能面临断货的风险,库存量不可能一直充裕。从这里,我们可以得出一条很重要的系统基本原则:由反馈回路所传递的信息只能影响未来的行为,不能立即改变系统当前的行为。因为信息经由反馈回路的传递需要时间。在一个由存量维持的调节回路中,设定目标时,必须适当考虑补偿对存量有重要影响的流入和流出过程。否则,反馈过程将超出或低于存量的目标值。

从 温度调节器这一简单系统中,我们还可以得出一条具体的原则:在类似系统中,流量的散失和补充过程是持续的、动态变化的,不能静止地看。如果意识不到这一点,存量的目标水平就难以维持。

当气温很低时,保温效果较好的房间室温变化情况
当气温很低时,保温效果不好的房间室温变化情况

保温效果更好的房间,热量散失更慢,这样往往比一个保温效果差却装备着一个大火炉的房间更令人感到温暖舒适。

总结一下,该系统有两个反馈回路,它们之间相互影响,此消彼长,随着时间推移而动态变化。

系统1.2:一个存量、一个增强回路以及一个调节回路的系统

经典代表:人口和工业经济

人口受出生(增强回路)和死亡(调节回路)的影响

人口受到一个增强回路和一个调节回路的影响:增强回路决定新出生的人数,受出生率的影响,导致人口数量增长;调节回路影响当期死亡的人数,受死亡率的影响,导致人口数量减少。如果出生率和死亡率是常数,这一系统的行为就很简单:它将以指数方式增长或减少。至于变化的方向,取决于决定出生人数的增强回路和决定死亡人数的调节回路谁的效果更强。

“主导地位”是系统思考中的一个重要概念,当一个回路相对于另外一些回路居于主导地位时,它对系统的行为就会产生更强的影响力。虽然系统中经常有好几个相互矛盾的反馈回路同时在运作,但只有那些居于主导地位的回路才能决定系统的行为。如果两个回路的相对优势随时间而变化,出现“轮流坐庄”的局面,系统就会波动。

驱动出生和死亡的反馈回路发生主导地位转换

模型的价值不取决于它的驱动情景是否真实,而取决于它是否能够反映真实的行为模式。

人口这一系统本身只是一个更大的系统中的一部分。在这个更大的系统中,经济是一个很重要的影响人口的子系统。经济系统中也有一个驱动增长的增强回路(外部投资)和一个导致衰退的调节回路(折旧)。

经济系统行为变化模式

事实上,在长期经济系统建模时,都会考虑经济系统和人口系统以及它们之间的联系,以反映二者如何相互影响。经济发展的核心问题是如何防止资本积累的速度慢于人口增长速度。这是两个增强回路,前者受经济增长的回路所推动,若前者快于后者,就可以使人们越来越富裕,否则就将陷入越来越贫穷的泥沼之中。

具有相似反馈结构的系统,也将产生相似的动态行为。虽然人口与工业经济系统表面上差异很大,但它们的行为模式却基本相似:可以自我更新,以指数级方式增长,都会逐渐老化和衰亡。之所以如此,是因为它们有相似的系统结构。同样,咖啡杯的冷却与房间室温的降低、放射性物质的衰变、人口或工业经济系统的老化和衰亡也基本相似,这些都是调节回路作用的结果。

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