Dinamica sistemelor

Diagrama dinamică a nivelului și fluxului pentru noul model de adoptare a produsului (extras de model din articolul lui John Sterman 2001)

Dinamica sistemelor este o abordare a înțelegerii comportamentului sistemelor complexe în timp. Are legătură cu buclele sau circuitele de feedback interne și cu întârzierile care afectează comportamentul întregului sistem. ^[1] Ceea ce face dinamica sistemului diferită de alte abordări ale studiului sistemelor complexe este utilizarea buclelor de feedback, a nivelurilor și fluxurilor (în dinamica sistemului, termenii „nivel” și „stoc” pot fi considerați interschimbabili). Aceste elemente ajută la descrierea modului în care chiar și sistemele aparent simple prezintă o neliniaritate uluitoare.

Prezentare generală

Dinamica sistemului constă dintr-o metodologie de modelare și o tehnică de simulare pe computer pentru a încadra, a înțelege și a discuta probleme și probleme complexe . Dezvoltată inițial în 1950 pentru a ajuta managerii corporativi să își îmbunătățească înțelegerea proceselor industriale, dinamica sistemului este utilizată în prezent atât în sectorul public, cât și în sectorul privat pentru analiza și definirea politicilor ^[2] .

Dinamica sistemelor este un aspect al teoriei sistemelor ca metodă de înțelegere a comportamentului dinamic al sistemelor complexe. Baza metodei este recunoașterea faptului că structura oricărui sistem - numeroasele relații circulare, împletite și uneori întârziate existente între componentele sale - este adesea la fel de importantă în determinarea comportamentului său ca și componentele individuale în sine. Exemple sunt teoria haosului și a dinamicii sociale . De asemenea, s-a argumentat că, de vreme ce există deseori proprietăți ale întregului (sistemul) care nu pot fi găsite printre proprietățile elementelor, în unele cazuri comportamentul întregului nu poate fi explicat în termeni de comportament al pieselor.

fundal

Metoda dinamicii sistemelor a fost creată la mijlocul anilor 1950 de către profesorul Jay Forrester de la Massachusetts Institute of Technology (MIT). În 1956, Forrester a acceptat o catedră în noua Școală de Management MIT. Scopul său inițial a fost de a determina modul în care ar fi putut contribui într-un fel la experiența sa în știință și inginerie , cu privire la problemele fundamentale care determină succesul sau eșecul companiilor . Perspectivele lui Forrester asupra fundamentelor comune care stau la baza ingineriei și managementului , care au condus la crearea dinamicii sistemelor, au fost activate, într-o mare măsură, de întâlnirea sa cu directorii General Electric (GE) de la mijlocul anilor 1950. La acea vreme, managerii GE erau nedumeriți că ocuparea forței de muncă la uzinele din Kentucky prezenta un ciclu semnificativ de trei ani. Ciclul economic a fost considerat a fi o explicație insuficientă pentru instabilitatea ocupării forței de muncă. Din simulările realizate manual de structura de feedback a fluxului de nivel al instalației GE, care a inclus structura de decizie corporativă pentru angajare și concediere, Forrester a reușit să arate modul în care instabilitatea în ocuparea forței de muncă GE se datorează facilității societății interne și nu unei forțe externe. precum ciclul de afaceri. Aceste simulări manuale au fost începutul sistemelor de dinamică ca disciplină ^[2] .

La sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, Forrester și o echipă de studenți absolvenți au mutat domeniul emergent al dinamicii sistemelor de la etapa de simulare manuală la modelarea computerizată formală. În primăvara anului 1958, Richard Bennett a creat primul limbaj de modelare a dinamicii sistemelor computerizate numit SIMPLE (Simulare a problemelor de management industrial cu o mulțime de ecuații). În 1959, Phyllis Fox și Alexander Pugh au scris prima versiune a DYNAMO (DYNAmic MOdels), o versiune îmbunătățită a SIMPLE, iar limbajul dinamicii sistemului a devenit standardul industrial de peste treizeci de ani. Forrester a publicat prima, și încă clasică, carte din domeniul intitulat Dinamica industrială în 1961 ^[2] .

De la sfârșitul anilor 1950 până la sfârșitul anilor 1960, dinamica sistemelor a fost aplicată aproape exclusiv problemelor de management și de afaceri. Cu toate acestea, în 1968, un eveniment neprevăzut a dus la extinderea domeniului de aplicare a disciplinei, ducându-l dincolo de modelarea afacerii. John Collins , fostul primar din Boston, a fost numit profesor invitat de afaceri urbane la MIT. Rezultatul colaborării dintre Collins și Forrester a fost o carte numită Urban Dynamics. Modelul Urban Dynamics prezentat în carte a fost prima aplicație majoră non-business a dinamicii sistemelor ^[2]

A doua aplicație majoră dinamic a sistemelor non-întreprindere a venit la scurt timp după prima. În 1970, Jay Forrester a fost invitat de Clubul Romei la o întâlnire la Berna, Elveția. Clubul Romei este o organizație dedicată rezolvării a ceea ce membrii săi descriu drept „situația umană”, și anume viitoarea criză globală din cauza cerințelor consumatorilor asupra capacității de transport a pământului (a surselor conexe de resurse regenerabile și neregenerabile și a dispersori pentru eliminarea poluanților) de către populația mondială în creștere exponențială. La întâlnirea de la Berna, Forrester a fost întrebat dacă dinamica sistemelor ar putea fi folosită pentru a aborda situația dificilă a omenirii. Răspunsul lui, desigur, a fost da. La zborul de întoarcere de la întâlnirea de la Berna, Forrester a creat prima schiță a unui model al sistemului socio-economic mondial în funcție de dinamica sistemului. El a numit acest model LUME1. La întoarcerea în Statele Unite, Forrester a rafinat WORLD1 în pregătirea pentru o vizită la MIT a membrilor Clubului Romei. Forrester a numit versiunea rafinată a modelului World2. Forrester a publicat World2 într-o carte numită World Dynamics. ^[2] Din modelul World2 a derivat World3 pe a cărui simulare computerizată s-a bazat celebrul raport despre limitele dezvoltării (traducere greșită a „Raportului asupra limitelor creșterii”), comandat MIT de Clubul Romei și publicat în 1972 Donella Meadows a fost autorul principal. Raportul, bazat pe simulări pe computer cu modelul World3, a expus o predicție asupra consecințelor creșterii populației continue asupra ecosistemului terestru și asupra supraviețuirii speciei umane.

Subiecte ale dinamicii sistemelor

Elementele diagramelor dinamicii sistemelor sunt feedback-urile, acumularea de fluxuri în niveluri și întârzierile.

Ca exemplu al utilizării dinamicii sistemelor, imaginați-vă o organizație care intenționează să introducă un produs de consum nou, inovator și durabil. Organizația trebuie să înțeleagă dinamica posibilă a pieței pentru a defini planurile de marketing și producție .

Diagramele de circuite cauzale

O diagramă a circuitului cauzal (diagrama cauzală sau diagrama relației cauză-efect) este o reprezentare vizuală a buclelor de feedback într-un sistem. Diagrama cauzală a introducerii unui nou produs poate arăta astfel:

Diagrama cauzală pentru noul model de adoptare a produsului

Există două bucle de feedback în această diagramă. Inelul de întărire pozitiv (marcat cu „R”) din dreapta indică faptul că cu cât sunt mai mulți oameni care au adoptat deja noul produs, cu atât este mai puternic cuvântul din gură . Vor fi mai multe referințe despre produse, mai multe demonstrații, recenzii și multe altele. Acest feedback pozitiv ar trebui să genereze vânzări care continuă să crească.

A doua buclă de feedback din stânga este întărirea negativă (sau „echilibrul”, de unde și eticheta B). În mod clar, creșterea nu poate continua pentru totdeauna, deoarece cu cât mai mulți oameni cumpără produsul, cu atât rămân mai puțini cumpărători potențiali.

Ambele bucle de feedback acționează simultan, dar pot avea puncte forte diferite în momente diferite. Astfel, se preconizează că vânzările vor crește în primii ani și apoi o scădere a vânzărilor în ultimii ani.

Diagrama cauzală a unui nou model de adoptare a produsului cu valori calculate

În această diagramă cauzală dinamică:

Pasul 1: (+) săgețile verzi indică faptul că rata de adopție este o funcție a cumpărătorilor potențiali și a cumpărătorilor
Pasul 2: (-) Săgeata roșie indică faptul că potențialii cumpărători scad din cauza ratei de adopție
Pasul 3: (+) Săgeata albastră arată că Cumpărătorii sunt în creștere din cauza ratei de adopție

Hărți structurale

Același subiect în detaliu: stocuri și fluxuri .

Următorul pas este de a crea ceea ce se numește o hartă structurală (sau diagramă de flux și nivel). Un nivel (stoc) este termenul pentru orice entitate care se acumulează sau se micșorează în timp. Un flux este rata de schimbare a unui nivel.

Un flux modifică rata de acumulare a nivelurilor (stocuri)

În exemplul nostru, există două niveluri: Cumpărători potențiali și Cumpărători. Există un flux: noi cumpărători. Pentru fiecare nou cumpărător, nivelul potențialilor cumpărători scade, pe de o parte, în timp ce nivelul cumpărătorilor crește cu unul.

Harta structurală a noului model de adoptare a produsului

Ecuații

Adevărata putere a dinamicii sistemelor este exprimată prin simulare. Deși este posibil să se modeleze într-o foaie de calcul , există o varietate de pachete software care au fost optimizate pentru aceasta.

Pașii implicați într-o simulare sunt:

Definiți limitele problemei
Identificați cele mai importante niveluri (stoc) și fluxurile care modifică aceste niveluri
Identificați sursele de informații care au impact asupra fluxurilor
Identificați principalele bucle de feedback
Desenați o diagramă cauzală care conectează nivelurile, fluxurile și sursele de informații
Scrieți ecuațiile care determină fluxurile
Estimează parametrii și condițiile inițiale . Această estimare poate fi făcută pe baza metodelor statistice, a opiniei experților, a datelor cercetărilor de piață sau a altor surse relevante de informații ^[3] .
Simulează modelul și analizează rezultatele.

În acest exemplu, ecuațiile care modifică cele două niveluri prin flux sunt:

 $\ {\mbox{Potential adopters}}=\int _{0}^{t}{\mbox{-New adopters }}\,dt$  $Adoptori potențiali$   $=$   $\int$   $0$   $t$   $- Noi adoptatori$   $d$   $t$   ${\ displaystyle \ {\ mbox {Potential adopters}} = \ int _ {0} ^ {t} {\ mbox {-New adopters}} \, dt}$   ${\ displaystyle \ {\ mbox {Potential adopters}} = \ int _ {0} ^ {t} {\ mbox {-New adopters}} \, dt}$ 
 $\ {\mbox{Adopters}}=\int _{0}^{t}{\mbox{New adopters }}\,dt$  $Adoptori$   $=$   $\int$   $0$   $t$   $Noi adoptatori$   $d$   $t$   ${\ displaystyle \ {\ mbox {Adopters}} = \ int _ {0} ^ {t} {\ mbox {New adopters}} \, dt}$   ${\ displaystyle \ {\ mbox {Adopters}} = \ int _ {0} ^ {t} {\ mbox {New adopters}} \, dt}$

Lista tuturor ecuațiilor, în ordinea lor de execuție în fiecare an, de la anul 1 la anul 15:

 $1)\ {\mbox{Probability that contact has not yet adopted}}={\frac {\mbox{Potential adopters}}{{\mbox{Potential adopters }}+{\mbox{ Adopters}}}}$  $1$   $)$   $Probabilitatea ca contactul să nu fi fost adoptat încă$   $=$   $Adoptori potențiali$   $Adoptori potențiali$   $+$   $Adoptori$   ${\ displaystyle 1) \ {\ mbox {Probabilitatea că persoana de contact nu a fost adoptată încă}} = {\ frac {\ mbox {Potențial adoptatori}} {{\ mbox {Potențiali adoptatori}} + {\ mbox {Adoptori}}}} }$   ${\ displaystyle 1) \ {\ mbox {Probabilitatea că persoana de contact nu a fost încă adoptată}} = {\ frac {\ mbox {Adoptători potențiali}} {{\ mbox {Adoptători potențiali}} + {\ mbox {Adoptori}}}} }$ 
 $2)\ {\mbox{Imitators}}=q\cdot {\mbox{Adopters}}\cdot {\mbox{Probability that contact has not yet adopted}}$  $2$   $)$   $Imitatori$   $=$   $q$   $\cdot$   $Adoptori$   $\cdot$   $Probabilitatea ca contactul să nu fi fost adoptat încă$   ${\ displaystyle 2) \ {\ mbox {Imitators}} = q \ cdot {\ mbox {Adoptori}} \ cdot {\ mbox {Probabilitatea că persoana de contact nu a fost încă adoptată}}}$   ${\ displaystyle 2) \ {\ mbox {Imitators}} = q \ cdot {\ mbox {Adoptori}} \ cdot {\ mbox {Probabilitatea că persoana de contact nu a fost încă adoptată}}}$ 
 $3)\ {\mbox{Innovators}}=p\cdot {\mbox{Potential adopters}}$  $3$   $)$   $Inovatori$   $=$   $p$   $\cdot$   $Adoptori potențiali$   ${\ displaystyle 3) \ {\ mbox {Innovators}} = p \ cdot {\ mbox {Potențial adoptatori}}}$   ${\ displaystyle 3) \ {\ mbox {Innovators}} = p \ cdot {\ mbox {Potențial adoptatori}}}$ 
 $4)\ {\mbox{New adopters}}={\mbox{Innovators}}+{\mbox{Imitators}}$  $4$   $)$   $Noi adoptatori$   $=$   $Inovatori$   $+$   $Imitatori$   ${\ displaystyle 4) \ {\ mbox {New adopters}} = {\ mbox {Innovators}} + {\ mbox {Imitators}}}$   ${\ displaystyle 4) \ {\ mbox {New adopters}} = {\ mbox {Innovators}} + {\ mbox {Imitators}}}$ 
 $4.1)\ {\mbox{Potential adopters}}\ -={\mbox{New adopters }}\$  $4.1$   $)$   $Adoptori potențiali$   $-$   $=$   $Noi adoptatori$   ${\ displaystyle 4.1) \ {\ mbox {Adoptători potențiali}} \ - = {\ mbox {Adoptători noi}} \}$   ${\ displaystyle 4.1) \ {\ mbox {Adoptători potențiali}} \ - = {\ mbox {Adoptători noi}} \}$ 
 $4.2)\ {\mbox{Adopters}}\ +={\mbox{New adopters }}\$  $4.2$   $)$   $Adoptori$   $+$   $=$   $Noi adoptatori$   ${\ displaystyle 4.2) \ {\ mbox {Adoptori}} \ + = {\ mbox {Adoptători noi}} \}$   ${\ displaystyle 4.2) \ {\ mbox {Adoptori}} \ + = {\ mbox {Adoptători noi}} \}$ 
 $\ p=0.03$  $p$   $=$   $0,03$   ${\ displaystyle \ p = 0.03}$   ${\ displaystyle \ p = 0.03}$ 
 $\ q=0.4$  $q$   $=$   $0,4$   ${\ displaystyle \ q = 0.4}$   ${\ displaystyle \ q = 0.4}$

Rezultate de simulare dinamică

Rezultatele simulării dinamice arată că comportamentul sistemului este acela de a avea o creștere a cumpărătorilor care urmează o clasică „ curbă S ”.
Creșterea numărului de cumpărători este foarte lentă la început, deci crește exponențial într-o perioadă, până când tinde să devină saturată.

Harta structurală dinamică a noului model de adoptare a produsului

Valorile nivelurilor și fluxurilor pentru ani = 0-15

Aplicații

Dinamica sistemelor s-a găsit aplicabilă într-o gamă largă de domenii, de exemplu în studiile populației , sistemele ecologice și economice , care de obicei interacționează puternic între ele.

Dinamica sistemului are mai multe aplicații în management. Reprezintă un instrument puternic pentru:

Predarea gândirii sistemice cursanților
Analizați și comparați ipoteze și modele mentale despre cum funcționează lucrurile
Adânciți-vă înțelegerea modului în care funcționează un sistem sau a consecințelor unei decizii
Recunoașteți arhetipurile sistemelor disfuncționale în practica zilnică.

Unele programe de calculator pot fi utilizate pentru a simula un model de dinamică a sistemului situației studiate. Rularea simulărilor „ce se întâmplă dacă” pentru a testa unele politici pe acest model poate fi de mare ajutor în înțelegerea modului în care sistemul se schimbă în timp. Dinamica sistemelor este foarte asemănătoare cu gândirea sistemelor și construiește aceleași diagrame cauzale ca sistemele cu feedback. Cu toate acestea, Dinamica sistemelor merge mai departe și utilizează în general simularea pentru a studia comportamentul sistemelor și impactul politicilor alternative ^[4] .

Dinamica sistemelor a fost utilizată pentru a investiga dependențele de resurse și problemele care apar în dezvoltarea produsului. ^[5] ^[6]

Exemplu

Diagrama cauzală a unui model care examinează creșterea sau declinul unei companii de asigurări de viață. ^[7]

Figura precedentă reproduce o diagramă cauzală a unui model de dinamică a sistemelor creat pentru a examina forțele care pot fi responsabile pentru creșterea sau declinul companiilor de asigurări de viață din Marea Britanie . O serie de caracteristici ale acestei figuri sunt de remarcat. Primul este că buclele de feedback negative ale modelului sunt identificate printr-o literă „C”, care înseamnă bucla „contrast”. Al doilea este că barele duble sunt folosite pentru a indica punctele în care există o întârziere semnificativă între cauze (de exemplu, variabilele din coada săgeților) și efecte (adică variabilele din capul săgeților). Aceasta este o convenție comună în diagramele cauzale ale dinamicii sistemelor. În al treilea rând, liniile mai groase sunt utilizate pentru a identifica buclele de feedback și legăturile pe care autorul dorește să se concentreze publicul. Aceasta este, de asemenea, o convenție comună pentru diagramele dinamicii sistemelor. ^[7]

Notă

^ Proiectul MIT pentru dinamica sistemului în educație (SDEP)
^ ^a ^b ^c ^d ^și Robert A. Taylor (2008). „Originea dinamicii sistemelor: Jay W. Forrester și istoria dinamicii sistemelor”. Arhivat 27 aprilie 2019 la Internet Archive . În: Introducerea Departamentului Energiei din SUA la dinamica sistemelor. Accesat la 23 octombrie 2008.
^ John D. Sterman, Modelarea dinamicii sistemelor: instrumente pentru învățare într-o lume complexă , California management review , vol. 43, nr. 4, 2001, pp. 8-25.
^ Societatea de dinamică a sistemelor
^ Nelson P. Repenning, Înțelegerea luptei împotriva incendiilor în dezvoltarea de noi produse , în Jurnalul de management al inovării produselor , vol. 18, 2001, pp. 285 - 300, DOI : 10.1016 / S0737-6782 (01) 00099-6 .
^ Neldon P. Repenning (1999). Dependența de resurse în eforturile de îmbunătățire a dezvoltării produselor , Massachusetts Institute of Technology Sloan School of Management Departamentul de gestionare a operațiunilor / Group Dynamics Group, decembrie 1999.
^ ^a ^b Robert A. Taylor (2008). „Feedback” Arhivat 27 aprilie 2019 la Arhiva Internet. În: Introducere în dinamica sistemelor a Departamentului Energiei din SUA . Accesat la 23 octombrie 2008.

Bibliografie

Jay W. Forrester, Industrial Dynamics , Pegasus Communications, 1961, ISBN 1-883823-36-6 .
Jay W. Forrester, Urban Dynamics , Pegasus Communications, 1969, ISBN 1-883823-39-0 .
Donella H. Meadows, Limits to Growth , New York, cărți universitare, 1972, ISBN 0-87663-165-0 .
John Morecroft, Strategic Modeling and Business Dynamics: A Feedback Systems Approach , John Wiley & Sons, 2007, ISBN 0-470-01286-2 .
Edward B. Roberts,Managerial Applications of System Dynamics , Cambridge, MIT Press, 1978, ISBN 0-262-18088-X .
Jorgen Randers, Elements of the System Dynamics Method , Cambridge, MIT Press, 1980, ISBN = 0915299399.
Peter Senge, A cincea disciplină , monedă, 1990, ISBN 0-385-26095-4 .
Peter Senge, ediția italiană a cincea disciplină editată de Luigi M. Sicca , Napoli, Editorial științific, 2019, ISBN 978-88-9391-682-0 .
John D. Sterman,Dinamica afacerilor: gândirea și modelarea sistemelor pentru o lume complexă , McGraw Hill, 2000, ISBN 0-07-231135-5 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre dinamica sistemului

linkuri externe

Cărți

Desert Island Dynamics "Un sondaj adnotat al literaturii esențiale privind dinamica sistemului"
Exerciții teoretice și practice , pe Dynamics-de-sistemas.com .

Cursuri

Curs online ATC , pe dynamic-de-sistemas.com . Adus la 11 noiembrie 2014 (arhivat din original la 11 noiembrie 2014) .
Buletin , pe dynamic-de-sistemas.com .
Web System Dynamics Society , la systemdynamics.org . Accesat la 11 noiembrie 2014 (arhivat din original la 14 aprilie 2015) .
Curs avansat , pe atc-innova.com .

Organizații

Capitolul italian dinamic sistem „Asociația SYDIC (SYstem Dynamics Italian Chapter) este un grup de cărturari, consultanți și antreprenori interesați de diferite moduri în dinamica sistemelor”
System Dynamics Society , pe systemdynamics.org .
MIT System Dynamics Group , pe web.mit.edu . Adus la 11 noiembrie 2014 (arhivat din original la 30 august 2005) .
The Thinker Systems , la thesystemsthinker.com .
Universitatea din Bergen System Dynamics Group , pe ifi.uib.no. Adus la 11 noiembrie 2014 (arhivat din original la 12 iulie 2005) .

Software

Vensim , pe atc-innova.com .
Stella și iThink , pe iseesystems.com .
Powersim , pe powersim.com .
Consideo , pe consideo.com .
Similar , pe simulistic.com .
MapSys , pe simtegra.com .

Controlul autorității	GND ( DE ) 4058802-6

Portal de verificări automate	Portalul Economiei
Portal de inginerie	Portalul de matematică

[sysdyn-1] Proiectul MIT pentru dinamica sistemului în educație (SDEP)

[UDE-2] și Robert A. Taylor (2008). „Originea dinamicii sistemelor: Jay W. Forrester și istoria dinamicii sistemelor”. Arhivat 27 aprilie 2019 la Internet Archive . În: Introducerea Departamentului Energiei din SUA la dinamica sistemelor. Accesat la 23 octombrie 2008.

[Sterman2001CMR-3] John D. Sterman, Modelarea dinamicii sistemelor: instrumente pentru învățare într-o lume complexă , California management review , vol. 43, nr. 4, 2001, pp. 8-25.

[SysDynSociety-4] Societatea de dinamică a sistemelor

[Repenning:2001kx-5] Nelson P. Repenning, Înțelegerea luptei împotriva incendiilor în dezvoltarea de noi produse , în Jurnalul de management al inovării produselor , vol. 18, 2001, pp. 285 - 300, DOI : 10.1016 / S0737-6782 (01) 00099-6 .

[Repenning:1999ng-6] Neldon P. Repenning (1999). Dependența de resurse în eforturile de îmbunătățire a dezvoltării produselor , Massachusetts Institute of Technology Sloan School of Management Departamentul de gestionare a operațiunilor / Group Dynamics Group, decembrie 1999.

[Tay_Feedback-7] Robert A. Taylor (2008). „Feedback” Arhivat 27 aprilie 2019 la Arhiva Internet. În: Introducere în dinamica sistemelor a Departamentului Energiei din SUA . Accesat la 23 octombrie 2008.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]