1.2 一个存量,一个增强回路以及一个调节回路的系统
典型代表:人口与工业经济
如果有一个增强回路,一个调节回路,同时作用于一个存量,情况会怎样?这其实是最常见,最重要的系统结构之一。在众多案例中,与我们每个人都息息相关的人口和工业经济体系就是这样的系统(如图2-7所示)。
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(在真实情况下很少如此),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。
例如,2007年全球人口总数为66亿,出生率约为21%%,死亡率为9%%。由于出生率高于死亡率,增强回路占了主导地位,人口总数以指数级方式增加。如果出生率和死亡率一直保持不变,那么,一个现在出生的孩子,到他或她60岁时,将看到世界人口已经翻了一番还多。
假设由于一次可怕的瘟疫,死亡率提高了,比如说达到了30%%,而出生率仍保持在21%%,那么决定死亡人数的调节回路将占据主导地位。由于每一年死亡的人数多于当年新出生的人数,人口总数就会逐渐下降。
如果出生率和死亡率不是常数,都会随着时间变化,事情就变得更有趣了。过去,联合国在进行长期人口预测时,通常会假设随着经济的发展,各国的平均出生率会下降;同样,一直到最近,人们通常会假设死亡率也会逐渐降低,但降低的速度会慢很多,因为世界上大部分妇女国家的死亡率已经比较低了。然而,由于艾滋病的蔓延,联合国现在假设,在未来的50年中,一些搜到艾滋病影响的地区,人均寿命增长的趋势将会减缓。
受流量(新生和死亡)变动的影响,系统中存量的行为也会随时间而变化,但变化曲线时不规则的。例如,颗全球的出生率稳步回落,到2035年与死亡率持平,并且二者在此后均保持稳定,世界总人口将趋向平稳:每年新出生的人数刚好等于当年死亡的人数,达到动态平衡(如图2-10所示)
这一行为是反馈回路之间“主导地位转换”的例子。“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。
在人口系统中,一开始,由于出生率高于死亡率,推动人口增长的增强回路就居于主导地位,所以系统的行为时指数级增长;但是,随着出生率的降低,这一回路的影响力逐渐弱化;最后,它刚好等于与死亡率相关联的调节回路的力量。在这一点上,没有哪个回路占据主导地位,系统最终达到动态平衡状态。
这一行为是反馈回路之间“主导地位转换”的例子。主导地位是系统思考中一个重要概念,当一个回路相对于另外一个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。
在人口系统中,一开始,由于出生率高于死亡率,推动人口增长的增强回路就居于主导地位,所以系统的行为是指数级增长;但是,随着出生率的降低,这一回路的影响力逐渐弱化;最后它刚好等于与死亡率相关联的调节回路的力量。在这一点上,没有哪个回路占据主导地位,系统最终达到动态平衡状态。
在温度调节器系统中,当室外温度降低而热量从保温效果不好的房间里流失,超过了火炉补充的热量时,你也可以发现主导地位转换的现象。此时,冷却回路取代了加热回路而居于主导地位。
人口系统只有少数几种行为模式,而这取决于出生率,死亡率等关键变量的状况。对于只有增强回路和一个调节回路的简单系统来说,可能性就那么几种。如果增强回路居于主导地位,与增强回路和调节回路相关联的存量就会呈现指数级增长;如果调节回路居于主导地位,存量就逐渐衰退;如果两个回路势均力敌,存量就会维持在一个特定水平上。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。
这里,我选取了一些极端的人口情景,以展示模型中的一些要点以及它们所产生的新情景。当你面对某个情景时,例如听到经济预测,公司预算,天气预报,未来气候变化以及股票经纪人关于某只股票价格走势的预测时,你可以思考下列问题,以帮助你判断这些表述是否真实有效的反映了系统潜在的结构。
1、各种驱动因素会不会以这种方式发挥作用?例如,出生率和死亡率可能处于什么样的水平?
2、如果驱动因素这样发挥作用,系统将以何种方式应对?例如,出生率和死亡率真的会像我们想象的那样影响人口存量的变化吗?
3、影响各种驱动因素的又是什么?例如,什么会影响出生率,什么会影响死亡率?
实际上,第一个问题很难回答,因为这是对未来的猜测,而未来从本质上讲是不确定的。虽然你可能认为自己对未来很有把握,但除非未来真正到来了,否则仍然无法验证你的观点是否正确。通过系统分析,人们可以进行一系列情景测试,以便观察当各种驱动因素处于不同状况时,系统状况如何、这通常时系统分析的一个目的。但是,你仍然需要拟定各种情景,并判断那种或哪些情景可能发生,需要认真分析。
动态系统分析的目的通常不是预测会发生什么情况,而是探究在各种驱动因素处于不同状况时,可能会发生什么。
相对于第一个问题,第二个问题更为科学,而这取决于模型的质量。如果模型质量高,能够反映系统 特有的动态性,我们就可以更好的解释,当某种或某些驱动因素以一种方式变动时,系统可能以何种方式应对。
如上所述,对于人口系统,不管你认为出生率与死亡率变化的可能性怎么样,对第二个问题的答案大致时肯定的,因为我们这里所使用的人口模型是很简单的,其行为变化模式只有那么几种可能性。当然,我们可以进一步使其精细化,例如对人群按年龄划分。但是,上面这个简单模型基本上就能反映真实的人口变动状况,具体数字可能不太准确,但基本的行为模式确实真实的。
第三个问题“影响各种驱动因素的又是什么”,指的是什么东西会影响流入量和流出量。这是与系统的边界有关的问题,需要认真研究,看看那些驱动因素是完全独立的,而那些是系统内部的变量。
例如,人口规模是否会反过来影响到出生率和死亡率?是否还有其他因素,如经济,环境或者社会趋势等,会影响到出生率和死亡率?人口规模是否会影响到这些经济,环境和社会方面的因素?
当然,这些问题的答案是肯定的,出生率和死亡率也是被一些反馈回路所所左右的,其中一些反馈回路本身野兽人口规模的影响。人口这一系统本身只是一个更大系统的一部分。
在这个更大系统中,经济是一个很重要的影响人口的子系统。在经济系统的核心,也存在一个“增强回路+调节回路”的系统,其结构和人口系统类似,因此,这两个子系统也具有类似的行为模式。
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