Вышеприведенные замечания не означают также, что дискретность трудно отразить или что она должна быть навсегда исключена из модели. Иногда дискретность становится весьма существенной. Она может, например, вызвать возмущение, которое отразится на колебаниях системы, а последние могут быть ошибочно истолкованы как цикличность, обусловленная внешними причинами (подобно ежегодному пересмотру конструкций, летним отпускам работников или составлению годовых, бюджетных планов, которые вызывают последствия, аналогичные сезонным изменениям в покупательском спросе). Когда моделирование продвинулось настолько, что становятся оправданными такие тонкости, как основания предполагать, что дискретность оказывает значительное влияние на поведение системы, прерывные переменные подлежат исследованию для выявления их воздействия на модель.

4. 6. Устойчивость и линейность

При построении модели не следует основывать свои действия на допущении, будто отображаемая система обязательно будет устойчивой^[25]. Многие модели, описанные в литературе по управлению и экономике, исходят из линейности отображаемой системы. Но в таких случаях, если быть последовательным, необходимо допустить также и ее устойчивый характер. Это исключает изучение класса систем, которые являются весьма важными в народном хозяйстве — в частности, в промышленности и торговле, — систем, ограниченных нелинейными воздействиями и устойчивых только при больших амплитудах возмущений.

Имеются достаточные основания считать, что среди существующих реальных систем некоторые неустойчивы в обычном математическом понимании. Они не стремятся к состоянию статического равновесия (даже при отсутствии случайностей и внешнего возмущения). Они неустойчивы и обнаруживают стремление к увеличению амплитуды колебаний, которые поддерживаются непрерывными изменениями соотношения сил между нелинейными формами в системе. Наши социальные системы в высшей степени нелинейны и большую часть времени противодействуют ограничениям, связанным с недостатком рабочей силы и неприемлемой в политическом отношении безработицей, сокращением денежных ресурсов и преодолением инфляции, спадом деловой активности и недостатком средств производства. По-видимому, такие нелинейности в сочетании с тенденциями неустойчивости, порожденной усилениями и запаздываниями, создают характерный образ действий, который мы наблюдаем в экономических системах свободного предпринимательства.

Линейный анализ «малых сигналов» не пригоден для нелинейных неустойчивых систем. Такой анализ небольших нарушений равновесия по необходимости предполагает статическое равновесие и систему, которая стремится возвратиться к этому состоянию. Между тем результаты работы с динамическими моделями, а равно и наблюдаемое поведение реальных систем, приводят к заключению, что важные их проявления часто имеют нелинейный характер и относятся к типу «больших сигналов».

При построении модели, предполагающем устойчивость системы, из рассмотрения могут выпасть некоторые наиболее интересные и важные характеристики системы.

Глава 5

СТРУКТУРА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ

Базовая структура, состоящая ил переменных уровней и темпов потоков, отражает существо систем управления промышленным предприятием. Уровни определяют решения, которые управляют темпами потоков. Темпы потоков в свою очередь являются причиной изменений в уровнях. Уровни и темпы составляют шесть взаимосвязанных потоков, которые отражают деятельность промышленного предприятия. Пять из них — это потоки материалов, заказов, денежных средств, оборудования и рабочей силы. Шестой — информационный поток, является соединительной тканью пяти других потоков.

Теперь мы можем перейти к рассмотрению образца структуры модели, который соответствует задачам и принципам, изложенным в общих чертах в предыдущих главах. Для этого достаточно рассмотреть структуру простейшей модели. В частных случаях модель может стать сложной в силу своей величины и обилия деталей, но, как это будет показано в данной главе, основой ее по-прежнему останутся такие переменные, как «уровни» и «решения».

Форма модели должна позволить решать несколько задач. В связи с этим модель должна обладать следующими характерными чертами:

— иметь возможность отражать любую причинно-следственную связь, которую мы захотим учесть;

— иметь простую математическую форму;

— использовать терминологию, синонимичную языку общественных наук, экономики и производства;

— охватывать большое число переменных (тысячи), не превышая, однако, практических возможностей вычислительных машин, и

— быть пригодной для отражения «непрерывных» взаимодействий, с тем чтобы дискретные величины, вводимые в интервале времени между решениями, не оказывали влияния на результаты. Однако модель должна позволить произвести, если понадобится, дискретные изменения в решениях.

5. 1. Базовая структура

Указанным выше требованиям удовлетворяет динамическая структура, состоящая из резервуаров или уровней, связанных между собой управляемыми потоками, как показано на рис. 5–1.

Рис. 5–1. Базовая структура модели.

Рис. 5–1 содержит четыре существенных элемента, которые ниже будут рассмотрены раздельно:

— несколько уровней;

— потоки, перемещающие содержимое одного уровня к другому;

— функции решений (изображенные в виде вентилей), которые регулируют темпы потока между уровнями;

— каналы информации, соединяющие функции решений с уровнями.

Эта базовая структура будет использована здесь даже применительно к промышленным и экономическим моделям, кажущимся на первый взгляд значительно более сложными. Если читатель получит ясное представление об этой структуре и о соответствующих ей основных уравнениях из последующей главы, он не встретит никаких трудностей при переходе и к более сложным моделям. В каждом отдельном случае более сложные системы будут, однако, состоять из четырех приведенных выше элементов основной структуры, показанной на рис. 5–1. В последующих параграфах будут рассмотрены все четыре элемента основной структуры модели.

Уровни. Уровни характеризуют возникающие накопления внутри системы. Это товары, имеющиеся на складе, товары в пути, банковская наличность, производственные площади и численность работающих. Уровни представляют собой те значения переменных в данный момент, которые они имеют в результате накопления из-за разности между входящими и исходящими потоками^[26]. Уровни имеют место во всех шести потоках, которые будут рассмотрены ниже: информации, материалов, заказов, денежных средств, рабочей силы и оборудования.

Очень важно отметить, что по единице измерения переменных еще нельзя судить, имеем ли мы дело с уровнем или с темпом, так как некоторые уровни измеряются такими же количественными показателями, что и темпы (например, единицы в неделю). Это может приводить к путанице, пока не будет выяснено основное различие между уровнями и темпами.

Надежным способом определения, является ли переменная уровнем или темпом потока, служит выяснение вопроса о том, может ли переменная существовать и иметь определенное значение в системе, приведенной в состояние покоя. Если всякое движение в форме потоков было бы прекращено, уровни все равно остались бы. Так, например, при прекращении поступления и отправки товаров на складе сохраняется определенный уровень их запасов. Если бы вся деятельность в системе остановилась, то темпы были бы неразличимы, а уровни физических величин, таких, как товары, денежные средства и рабочая сила, могли бы быть определены и в неподвижной системе.