پویایی سیستم

پویایی سیستم چیست؟

پویایی سیستم System dynamics رویکردی برای درک رفتار غیرخطی سیستم‌های پیچیده در طول زمان با استفاده از حلقه بازخوران می‌باشد. این روش به سال ۱۹۶۱ توسط جی فارستر Jay Forrester در کتاب پویایی صنعتی معرفی گردید و به سرعت گسترش یافت. ریشه اصلی این روش از نظریه سیستم‌ها ناشی می‌شود که یک رویکرد مدرن در تئوری‌های مدیریت محسوب می‌شود. این روش دو تفاوت اساسی با روش‌های آماری در حل مسائل دارد. نخست آنکه برخلاف روش‌های آماری قصد محدود کردن متغیرها را ندارد. در تحلیل پویای سیستم‌ها کوشش می‌شود تا تمامی عناصر دخیل در رفتار پدیده در یک مرز بسته مورد تحلیل قرار گیرند. همچنین تمامی روابط در نظر گرفته شده و از جمله بر حلقه بازخور تاکید می‌شود.

پویایی‌های یک سیستم براساس نمودار علت و معلولی و نمودار حالت و جریان پیاده سازی می‌شود. براساس نمودار علی و معلولی تمامی متغیرها و روابط یک‌سویه و دوسویه آنها طراحی می‌شود. همچنین متغیرهای نهایی با استفاده از حلقه بازخور به متغیرهای آغازین متصل می‌شود. البته این نمودار صرفاً جنبه نظری و بصری دارد. برای آنکه پویایی روابط به درستی مدلسازی شود باید متغیرهای دیگری به نام متغیرهای سطح و جریان نیز تعریف شوند. در نهایت ارتباط سیستم با محیط نیز از طریق متغیرهای چشمه (منبع) و چاه تبیین می‌شود. در این مقاله کوشش شده است تا پویایی سیستم در بستر مدیریت تشریح شود.

شالوده فکری پویایی سیستم

تفکر سیستمی زیربنای اندشته سیستم‌های پویا است. دانشمندان رشته پویایی سیستم معتقدند تحولات هر سیستم قانونمند بوده و می‌توان آنها را شناخت و به این ترتیب مسیر تحولات را به جهت مطلوب سوق داد. رویکرد پویایی سیتم بر آن است تا ابزارهای لازم برای کشف این قوانین زیربنایی را در اختیار تحلیلگر قرار دهد. روش‌شناسی پویایی سیستم نه تنها داعیه شناخت قوانین حاکم بر تحولات عالم را دارد، بلکه با استفاده از ابزار شبیه‌سازی، امکان ساخت مدلی از پدیده‌های واقعی را فراهم‌ می‌آورد. سیستم شبیه‌سازی شده تا حدود زیادی دارای ویژگی‌های پدیده در عالم واقع است.

پویایی سیستم، یک نگرش منسجم پویا به مدلسازی است که جنبه­های کمی یا کیفی ر ا برای شبیه‌سازی یک پدیده در طول زمان با هم ترکیب می­کند. چیزی که سبب می­شود پویایی سیستم­ها از روش­های دیگر برای مطالعه سیستم­ها پیچیده مناسب‌تر باشد، استفاده از نمودارهای علی-معلولی و نمودارهای جریان-حالت است. فارستر از بنیانگذاران این رشته علمی معتقد است که هر سیستم پویا که در طول زمان دگرگون می‌شود، دارای یک ساختار سلسله‌مراتبی چهارگانه است، بطوریکه می‌توان برای هر نوع تحول و پویایی در پدیده‌های گوناگون چنین ساختاری را ارائه کرد:

  • مرز بسته
  • حلقه بازخور
  • متغیرهای سطح یا حالت
  • متغیرهای جریان یا نرخ

طراحی یک سیستم پویا

برای طراحی یک سیستم پویا قبل از هر چیز باید متغیرهای مدل شناسایی شود. مرز بسته Closed boundary  اشاره به محدوده‌ای دارد که متغیرهای یک مساله پویا را از متغیرهای غیرمرتبط به صورتی روشن جدا می‌کند. هر مرز بسته، حلقه‌های بازخوری دارد که بریکدیگر اثر می‌گذارند. برایند تاثیرات حلقه‌های مزبور، رفتار مورد نظر می‌باشد. هر حلقه بازخور در حقیقت حکم سنگ بنای ساختار سیستم مورد نظر می‌باشد. این نظریه در برابر دیدگاه سنتی ارائه شده است که جزیان تاثیرگذاری بین پدیده‌ها را یک‌سویه می‌انگاشتند. پویایی سیستم‌ها ناشی از حلقه‌های بازخور است. بنابراین مدلساز باید کوشش کند تا زنجیره علت و معلول‌ها را به صورت یک حلقه علت و معلولی درآورد. تدام پویایی سیستم مستلزم وجود حلقه‌های علت و معلولی است.

یک نمونه سیستم پویا

یک نمونه نمودار علت-معلول در سیستم پویا

مدل فوق یک نمونه از نمودار علت و معلولی است. نمودار علت-معلولی (Causal Loop Diagram: CLD) ابزاری مهم برای نشان دادن ساختار بازخوردی سیستم‌­ها است. یک نمودار علت و معلولی از تعدادی متغیر تشکیل شده که بوسیله پیکان­‌هایی که نشان دهده تاثیرهای علی بین متغیرها هستند به هم متصل شده­‌اند. دو عامل A و B دارای یک رابطه علت و معلولی می‌باشند اگر تغییر در A موجب تغییر در B گردد به شرطب که سایر عوامل ثابت باشند. روابط علت و معلولی می‌توانند مثبت و منفی باشند. اگر علت در یک جهت حرکت کند و معلول هم در همان جهت حرکت نماید در آن صورت به آن یک رابطه علت و معلولی مثبت گفته می‌شود. اگر علت در یک جهت حرکت کند و معلول در جهت مخالف آن حرکت نماید به آن یک رابطه علت و معلولی منفی گفته می‌شود.

نمودار حالت-جریان

نمودارهای علت و معلولی، درک تصویری از ساختار سیستم ارائه می‌کنند؛ ولی این نمودارها برای بررسی رفتار سیستم در طول زمان کافی نیستند و برای درک بهتر رفتار سیستم باید روابط بین متغیرهای سیستم تدوین شوند و مقدار متغیرها در طول زمان شبیه‌سازی شود. برای انجام این کار باید نمودارهای جریان طراحی شوند.

متغیر حالت (Stock یا State): به فارسی متغیر انباشت یا متغیر انباره یا متغیر سطح Level هم نامیده می‌شود. متغیرهای حالت وضعیت سیستم را در یک زمان مشخص به نشان می‌دهند. اگر زمان نگه داشته شود این متغیرها بازهم قابل تعریف هستند. برای نمونه موجودی محصولات یا تعداد پرسنل یک شرکت نمونه‌ای از متغیرهای حالت هستند.

متغیر جریان (Rate یا Flow): به فارسی متغیر نرخ هم نامیده می‌شود. این متغیرها وابسته به زمان هستند و اگر زمان نگه داشته شود دیگر قابل تعریف نیستند. متغیرهای حالت توسط متغیرهای جریان تغییر می‌کنند. برای نمونه ارسال سفارش موجب کاهش موجودی محصولات می‌شود یا تولید محصول موجب افزایش موجودی محصولات می‌شود.

رسم نمودار جریان در ونسیم

یک نمونه نمودار حالت-جریان در سیستم پویا

چون مطالعات پویایی سیستم دارای جنبه مقداری و کمی هم می‌باشند، بنابراین دوایر بازخوران باید بوسیله یک ابزار کمی و قابل محاسبه تعریف شوند. در رسم ساختار حالت و جریان یک سیستم باید تصمیمات مهمی درباره مرز مدل گرفته شود. زنجیره های حالت و جریان را با استفاده از چشمه ها و چاه ها که در نمودار حالت و جریان به شکل ابر نشان داده می شود. فرض می شود که ظرفیت چشمه ها و چاه ها نامحدود است. حالت‌ها و جریان‌های ورای این نقطه در نظر گرفته نمی‌شوند. بنابراین می‌توانید تمامی بازخوردها یا تعاملات ممکن با متغیرهای حالت خارج از مرز را حذف کنید.

خلاصه و جمع‌بندی

تکنیک پویایی‌‌های سیستم به عنوان یکی از مکاتب تفکر سیستمی، متدولوژی مناسبی برای مطالعه و مدیریت سیستم‌های پیچیده و دارای بازخورد است. این سیستم‌ها می‌‌توانند در حوزه‌های مختلفی تعریف شوند. برای نمونه می‌توانند در کسب‌وکار، اقتصاد، محیط زیست، مدیریت انرژی، مسائل شهری و سایر حوزه‌­های اجتماعی و انسانی وجود داشته باشند. پویایی سیستم بر رفتار گسترده سیستم و چگونگی تأثیر آن رفتار بر تکامل سیستم در آینده تأکید دارد. به این ترتیب تصمیم‌‌گیری را آسان می‌‌کند. بنابراین تکنیک پویایی­‌های سیستم فرض می‌کند که اجزا در یک الگوی پیچیده با یکدیگر ارتباط دارند. جهان از نر‌خ‌ها، سطح و حلقه­‌های بازخور تشکیل شده است. جریان اطلاعات به اندازه جریان فیزیکی مهم است. غیرخطی بودن و تأخیر از اجزای مهم هر سیستمی به شمار می‌رود. در برخی از منابع نیز شواهدی دال بر اینکه پویایی سیستم می‌تواند به درک و فهم محیط‌های پیچیده کمک کند، ارائه شده است.

تکنیک پویایی سیستم براساس تئوری اطلاعات بازخورد شکل گرفته است. در این تکنیک، از نمادهایی برای نگاشت سیستم‌‌های کسب وکار در قالب نمودارها و معادلات استفاده می‌شود. از زبان برنامه نویسی برای شبیه‌سازی کامپیوتری استفاده می‌شود. یکی دیگر از مهم ترین اهداف مدل‌سازی پویایی‌های سیستمی، بررسی سیاست‌‌های بالقوه مختلف برای بهبود عملکرد سیستم است. از میان این سیاست‌‌ها، سیاستی که بهترین نتایج را ارائه دهد، برای اجرا در سیستم انتخاب می‌شود. در این رویکرد، تصویری از سیستم براساس بازخوردها و تأخیرهای موجود ایجاد می‌‌شود. تا درک بهتری از رفتار دینامیکی سیستم‌های پیچیده فیزیکی، زیستی و اجتماعی حاصل شود. می‌توان گفت که مهم‌ترین اصل اساسی که پویایی‌های سیستم بیان می‌کند این است که بازخوردها و تأخیرها رفتار سیستم‌ها را می‌سازد و پویایی رفتار سیستم نتیجه ساختار حاکم بر سیستم است.