Джей Форрестер

Джей Форрестер (англ. Jay Wright Forrester, 14 июля 1918, Клинтон, штат Небраска, США — 16 ноября 2016, Конкорд, штат Массачусетс, США) — американский инженер, кибернетик и системный аналитик, пионер в области цифровых вычислительных машин и теории системной динамики. Наиболее известен как создатель магнитной оперативной памяти с произвольным доступом (RAM) для компьютера Whirlwind I, основатель системной динамики как методологии моделирования сложных систем (в частности, для анализа социально-экономических и городских процессов), а также как разработчик первых имитационных моделей глобальных процессов (модель «Мир-3» для Римского клуба). Профессор Массачусетского технологического института (MIT) с 1956 года.

Ранние годы и образование

Джей Райт Форрестер родился 14 июля 1918 года на ранчо в округе Кейп-Жирардо, штат Миссури, в семье Клайда Уэбба Форрестера и Этель Линн Райт. Детство провёл на отдалённом ранчо без электричества и водопровода, что сформировало его интерес к технике и механике. Среднее образование получил в сельской школе округа, после чего поступил в Университет Небраски в Линкольне.

В 1939 году получил степень бакалавра наук в области электротехники. После окончания университета работал инженером-испытателем в компании General Electric (с 1939 по 1942 год), где занимался разработкой высоковольтного оборудования и сервомеханизмов — систем автоматического управления, что впоследствии повлияло на его подход к моделированию динамических систем.

В 1942 году поступил в аспирантуру Массачусетского технологического института (MIT), где в 1945 году защитил степень магистра наук в области инженерной механики, а затем продолжил работу в Лаборатории сервомеханизмов MIT.

Работа в MIT и проект Whirlwind

Основная научно-инженерная деятельность Форрестера в MIT пришлась на период Холодной войны. В 1944 году он был назначен руководителем группы, занимавшейся разработкой систем управления для военных. Вскоре он возглавил проект Whirlwind I — один из первых в мире цифровых компьютеров, заказанный Военно-морскими силами США для обучения лётчиков и анализа перехвата воздушных целей. Изначально машина предназначалась для симуляции полётов, но технические требования к быстродействию и объёму памяти оказались слишком высоки для существовавших тогда технологий (на базе ртутных линий задержки). Форрестер предложил новый тип памяти — на магнитных сердечниках.

Магнитная оперативная память

В 1947–1949 годах Форрестер разработал концепцию и прототип оперативной памяти на миниатюрных ферритовых кольцах — так называемую магнитную основную память (магнитный сердечник c произвольным доступом). В этой системе проводники проходили сквозь отверстия в крошечных керамических магнитах, позволяя электрически считывать и перезаписывать данные без движущихся частей. Устройство обеспечивало хранение и доступ к информации за микросекунды, что было радикальным прорывом по сравнению с предыдущими аналогами (запоминающие трубки Уильямса). В 1951 году Форрестер и его коллега Уильям Папиан (William Papian) запустили первый работающий экземпляр такой памяти для компьютера Whirlwind I. Память на ферритовых сердечниках стала стандартом для компьютеров второго поколения (1950–1970-е годы) и использовалась в машинах IBM, Burroughs, Univac и многих других. Сам Форрестер запатентовал изобретение в 1956 году, но MIT передал лицензию на неё нескольким производителям без эксклюзивных прав.

Системная динамика

В 1956 году Форрестер перешёл из Лаборатории сервомеханизмов в новую Школу менеджмента (ныне MIT Sloan School of Management). Здесь он занялся применением методов инженерного моделирования к задачам управления бизнесом. Результатом стала разработка системной динамики — подхода к изучению поведения сложных систем во времени с помощью обратных связей, запаздываний и нелинейных взаимодействий.

Industrial Dynamics (1958)

В 1958 году Форрестер опубликовал книгу «Industrial Dynamics» (позднее в русском переводе — «Динамика развития промышленных систем»). В ней он описал принципы имитационного моделирования корпоративных цепочек поставок, управления запасами, потоков заказов и рабочей силы. Модель демонстрирует, как небольшие колебания спроса могут усиливаться вверх по цепочке (эффект Форрестера, или «эффект кнута»). Книга заложила основы дисциплины, которая впоследствии применялась в логистике, экономике, экологии, урбанистике и управлении проектами.

«World Dynamics» и модель «Мир-3»

В 1971 году Форрестер опубликовал книгу «World Dynamics». На основе методов системной динамики он построил глобальную имитационную модель, известную как «Мир-3» (World3). Модель описывала взаимодействие пяти ключевых подсистем: численность населения, промышленное производство, производство продуктов питания, невозобновляемые ресурсы и загрязнение окружающей среды. Вводя различные сценарии роста и истощения ресурсов, Форрестер и его коллеги из Массачусетского технологического института (включая Денниса Медоуза) показали, что при сохранении существующих тенденций экономического роста в первой половине XXI века может наступить «предел роста» из-за исчерпания ресурсов и загрязнения. Результаты этих симуляций легли в основу доклада Римскому клубу «Пределы роста» (1972), автором которого выступил Деннис Медоуз при научном руководстве Форрестера. Модель «Мир-3» и её последующие модификации стали одной из самых цитируемых математических моделей в истории футурологии и экологии.

Модели городских систем

В 1969 году вышла книга «Urban Dynamics», где Форрестер построил модель американского города как системы с обратными связями. Модель имитировала демографические изменения, налоговые поступления, обеспечение жильём, занятость и развитие промышленности. Форрестер показал, что многие традиционные меры государственной помощи (строительство дешёвого жилья, субсидии социально незащищённым группам) в долгосрочной перспективе могут ухудшать положение города, создавая замкнутые циклы бедности. Эта работа вызвала широкую научную и политическую дискуссию, но не получила однозначного эмпирического подтверждения и критиковалась за упрощение социальных процессов. Тем не менее, она стимулировала развитие компьютерного моделирования в урбанистике.

Поздние годы и наследие

С середины 1970-х годов Форрестер сосредоточился на развитии и популяризации системной динамики как дисциплины. Он основал Общество системной динамики (System Dynamics Society) и вёл курсы для студентов и практиков. В 1972 году он был удостоен звания почётного доктора наук нескольких университетов. В 1982 году президент США Рональд Рейган вручил ему Медаль за заслуги в науке (National Medal of Science).

До выхода на пенсию в 1992 году Форрестер оставался профессором MIT Sloan School of Management. Он продолжал заниматься моделированием социальных систем, в том числе национальной экономики (модель System Dynamics National Model, разрабатывавшаяся в MIT с 1975 по 1990-е годы). В 2008 году журнал Forbes назвал его одним из «20 самых влиятельных людей в области менеджмента за последние 80 лет».

Джей Форрестер скончался 16 ноября 2016 года в возрасте 98 лет в своём доме в Конкорде, штат Массачусетс.

Критика

Работы Форрестера, особенно в области глобального и городского моделирования, вызывали и продолжают вызывать серьёзные дискуссии. Основные претензии критиков (в том числе экономистов Роберта Солоу, Уильяма Нордхауса, физика Фримена Дайсона) к модели «Мир-3»:

• Гиперболизация дефицита ресурсов (модель недооценивала возможности технологических инноваций и замещения ресурсов).
• Слабая обоснованность уравнений обратных связей (коэффициенты брались из экспертных оценок, а не из эмпирических данных).
• Отсутствие механизмов адаптивного поведения (цены, рынки и стимулы не моделировались).
• Политический контекст (критики обвиняли Форрестера и Римский клуб в пропаганде нулевого роста и антииндустриализме).

В области городской динамики Форрестера упрекали за излишнюю детерминированность модели и игнорирование культурных, политических и институциональных факторов. В самой системной динамике как методе слабым местом считается субъективность при построении диаграмм причинно-следственных связей и выбор временного шага.

Тем не менее, системная динамика признана одним из эффективных инструментов системного анализа, а сам Форрестер — новатором, применившим инженерные методы к социальным и экологическим задачам. Его вклад в развитие вычислительной техники (магнитная память) признаётся фундаментальным.

Основные труды

1. Industrial Dynamics (1961) – рус. пер.: «Динамика развития промышленных систем», 1971.
2. Urban Dynamics (1969) – рус. пер.: «Динамика развития городов», 1974.
3. World Dynamics (1971) – рус. пер.: «Мировая динамика», 1978.
4. Collected Papers of Jay W. Forrester (1975).
5. System Dynamics: A Practical Approach (1990, в соавторстве).

Интересные факты

• В 1946 году Форрестер руководил строительством одного из первых в мире беспилотных летательных аппаратов (проект «Project Cyclops»), но его разработка была засекречена и не получила коммерческого развития.
• Первый прототип магнитной памяти Форрестера содержал 32×32 сердечника (1 килобит) и помещался на печатной плате. Сегодня такой объём памяти является ничтожным, но для 1951 года это был гигантский скачок быстродействия.
• Форрестер никогда не работал в IBM, однако его изобретение стало технологической основой для компьютеров IBM System/360.
• В 1989 году Форрестер опубликовал статью «System Dynamics and the Lessons of 35 Years» (рус. «Системная динамика и уроки 35 лет»), где признал существенные недостатки модели «Мир-3» применительно к прогнозированию (но не для понимания качественных паттернов поведения систем).

Источники

• Forrester J.W. Industrial Dynamics. – MIT Press, 1961.
• Forrester J.W. Urban Dynamics. – MIT Press, 1969.
• Forrester J.W. World Dynamics. – Wright-Allen Press, 1971.
• Meadows D.H. et al. The Limits to Growth. – Universe Books, 1972.
• Sterman J.D. Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World. – McGraw-Hill, 2000.
• Naysmith J. et al. Jay Forrester: A Biography. – MIT Sloan School, 2016.