系统大观园之温度调节器(单存量、两互相制衡调节回路的系统)

背景知识点:什么是存量和流量?什么是调节回路?
理解系统行为的动态性,就是要搞懂系统存量和流量的动态性存量指在任何时刻都能观察、感知、计数和测量的系统要素。存量会随着时间的变化而不断改变,使其发生变化的就是“流量”。
调节回路:保证系统稳定平衡并渐近设定的目标

一个存量、两个相互制衡的调节回路的系统,比如温度调节器。

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。这一调节回路由一个存量维持(如上图左半部分所示)。这也不是系统中唯一的回路,因为热量会散失到室外,热量流出的调节回路如上图右半部分所示。

随着室温的升高,向外流出的热量在增加,因为室内外温差加大,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。

虽然温度被设定为18℃,但均衡的室温会略低于18℃。这是因为存在向外的热量散失——即使火炉因室温未达到设定目标值而一直加温,但同时仍有一些热量在源源不断地流失到室外。这是两个相互矛盾的调节回路,这样的系统会呈现类似的特征,有时会产生人们意想不到的结果。

在现实生活中,对于其他与此有着同样结构(一个存量、两个相互制衡的调节回路)的系统来说,系统中的存量会持续地变化,如果你试图去控制它,可能会产生一些问题。

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。

由温度调节器系统,我们可以得出一条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,如果你根据当前反馈做出了一项决策,去修正由当前反馈所驱动的系统行为,这期间必然有一定的延迟。所以,你的决策只能影响未来的行为,不能改变当前的系统行为。

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。

为什么说这条原则很重要呢?因为在行为与结果响应之间经常会有时间延迟。一个流量不能立即对其自身做出调整,它只能对存量的变化做出反应,而这必然是在一段时间的延迟之后,等待信息反馈达到一定程度。至于时间延迟的长短,取决于具体的系统情境。

此外,还可以得出一条具体的原则:在类似的系统中,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。对于类似的系统,你必须考虑到所有重要的流量,否则系统的行为就可能让你大失所望。

每一个调节回路都有它的转折点,此时其他回路会取代该回路而居于主导地位,使存量远离它的目标且无法自动回到动态平衡状态。这在温度调节器系统中也可出现,例如减弱火炉制热的功率(假设更换一个更小的火炉),或者加大制冷回路的影响力(如室外温度更低,或者打开门窗)。

总结

一个存量、两个相互制衡的调节回路的系统,比如温度调节器。得出一条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,根据当前反馈做出决策,来修正由系统行为,这期间必然有一定的延迟。另外得出一条具体的原则在类似的系统中,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。对于类似的系统,你必须考虑到所有重要的流量,否则系统的行为就可能让你大失所望。


摘取自 邱昭良博士翻译的德内拉·梅多斯的《系统之美》,也是第二遍读这本书

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