Основы кибернетики предприятия - Джей Форрестер

6. 6. Избыточность информации, заключенной в обозначениях типа уравнения и времени

Обозначение времени, добавляемое к обозначениям переменных в уравнениях, содержит в себе часть такой же информации, которая уже передается индексом, характеризующим тип уравнения (то есть L, R, А и т. д.). Действительно, в уравнениях уровней (L) значения переменных определяются для момента времени К на основе значений переменных величин в правой части уравнения, относящихся к моменту времени J и интервалу JK. Вспомогательные уравнения (А), по которым определяются значения величин в момент времени К, используют информацию об уровнях и других вспомогательных переменных в этот момент времени (а также, если это целесообразно, информацию о темпах в интервале JK). Уравнения темпов (R) дают значения темпов в интервале KL на основе значений уровней и вспомогательных переменных, относящихся к моменту времени К (а также, если это целесообразно, на основе значений темпов за предыдущий интервал JK).

Таким образом, создается некоторая избыточность информации, заключенной, с одной стороны, в обозначении типа уравнений, а с другой — в обозначении времени; однако опыт показывает, что в противном случае может легко возникнуть путаница в определении типов уравнений и в обращении с обозначениями времени. Поэтому для большей ясности следует использовать оба вида обозначений.

6. 7. Интегрирование уравнений первого порядка вместо интегрирования уравнений более высокого порядка

При рассмотрении формы уравнений уровней[40], которые представляют собой разностные уравнения, отмечалось, что для нахождения уровней по заданным темпам используется последовательное решение уравнений первого порядка. В точных расчетах, связанных с научными исследованиями, часто используется метод решения уравнений высшего порядка. В нашей работе для применения этого более строгого метода вычислений нет, по-видимому, оснований, тем более что практическое применение его связано с серьезными затруднениями.

Мы не ставим задачи повышения точности вычислений. Сам характер систем с обратной связью делает решения нечувствительными к ошибкам, возможным при округлении и сокращении. Мы даже будем преднамеренно вносить дополнительные искажения в величины темпов, которые должны быть определены. Интервал решений может устанавливаться эмпирически и изменяться таким образом, чтобы проанализировать, чувствительны ли решения к применению упрощенных вычислительных методов.

Использование более сложных методов вычислений могло бы сделать формулировку уравнений менее понятной для руководителя и экономиста, не обладающих навыком свободного обращения с математическими методами. Преимущества, создаваемые простотой и наглядностью прямого формулирования, более ценны, как нам кажется, нежели любое незначительное повышение точности, которого можно достигнуть с помощью более тонких методов вычислений.

6. 8. Определение всех переменных

Каждое уравнение позволяет определить одну переменную величину с помощью констант и других переменных. Уравнений должно быть столько же, сколько и переменных (включая исходное уравнение, служащее источником значений для каждого из внешних вводов, используемых при испытаниях модели).

Глава 7

СИМВОЛЫ В ДИАГРАММАХ ПОТОКОВ

Структура модели, рассмотренная в главе 5, и взаимосвязанные уравнения, о которых шла речь в главе 6, могут быть изображены в виде диаграммы. Такая диаграмма потоков помогает избежать ошибок и объяснить сущность модели тем, кто не имеет опыта в «чтению математических уравнений. В этой главе объясняются символы, которые будут использованы в главах с 13 по 15.

Опыт обучения формулированию динамических моделей промышленного предприятия показал, что графическое представление системы уравнений является весьма желательным. Диаграмма, показывающая взаимосвязи между уравнениями, придает ясность формулировке системы. Многие более отчетливо представляют себе взаимосвязи, когда они показаны на диаграмме потоков, а не представлены в виде системы уравнений. Подробная диаграмма потоков дополняет систему уравнений. Она дает значительную часть той же информации, что и система уравнений, но в иной форме. Правильно построенная диаграмма потоков может лучше, чем система уравнений, наглядно объяснить многим работникам, осуществляющим управление, структуру системы. Диаграмма является формой представления системы промежуточной между словесным описанием и системой уравнений.

Диаграмма потоков, отображающая взаимосвязи в системе, должна строиться одновременно с формулированием уравнений, описывающих систему. Многие начинающие исследователи в первую очередь пытаются составить уравнения, а затем уже отразить их в диаграмме, если они вообще пользуются диаграммой. Такое пренебрежение диаграммой лишает их возможности воспользоваться на начальных стадиях работы по составлению уравнений преимуществами в ясности формулировки, которые может дать диаграмма.

В этой главе будет описана группа типовых символов, используемых в диаграммах потоков динамических моделей[41]. Символика для представления модели в форме диаграммы основана на произвольном выборе, производимом с целью сделать более ясными частные аспекты той или иной ситуации.

Система символов, используемая в данной работе, учитывает наличие взаимосвязей в системе. Она отличает уровни от темпов. Она отделяет друг от друга шесть систем потоков — информации, материалов, заказов, денежных средств, рабочей силы и оборудования. Она показывает, какие факторы влияют на каждую функцию решения (темп). Однако диаграмма не раскрывает, какие функциональные связи существуют внутри функций решений. Что касается специфических взаимосвязей между факторами, влияющими на решение, то имеющиеся в диаграмме номера отсылают нас к соответствующим уравнениям. Диаграмма в точности отражает их.

7. 1. Уровни

Уровень изображается, как это показано на рис. 7–1, в виде прямоугольника. В верхнем левом углу указывается группа символов (IAR), которая обозначает переменную, характеризуемую данным уровнем. В нижнем правом углу поставлен номер уравнения для того, чтобы связать диаграмму с уравнениями.

Нет необходимости делать какие-либо отличительные обозначения внутри прямоугольника для различных систем потоков, поскольку входящие и исходящие линии потоков определяют вид потока (в данном случае — сплошная линия для потока материалов). Острия стрелок показывают направление потока к — уровню или от него. Символы, обозначающие темп потока, даются рядом с линиями потоков (кроме тех, которые указываются поблизости в функции, регулирующей решение).