«نظریه ساختمان سیستم» نقش مهمی در فهم سیستم‌ها و تفکر سیستمی دارد و مشخص می‌کند که چگونه می‌توانیم به «ساختار سیستم» پی ببریم و آن را مدل کنیم.
بدون داشتن یک «نظریه ساختمان سیستم» نمی‌توانیم از بین انبوه اطلاعات در دسترس و از میان عوامل بی‌شماری که بر موضوع مورد بررسی اثرگذار هستند، عواملی که «رفتار سیستم» را شکل می‌دهند پیدا کنیم.
«نظریه ساختمان سیستم» چه کاربردی دارد؟
برای اینکه بفهمیم سیستم‌ها چگونه کار می‌کنند، باید بتوانیم ساختار آنها را بشناسیم. این ساختار سیستم است که رفتار سیستم را مشخص می‌کند.
با استفاده از این نظریه، مشخص می‌شود که برای فهم یک سیستم:
- باید به دنبال چه اطلاعاتی بگردیم؛
- این اطلاعات را چگونه دسته بندی و طبقه بندی کنیم تا مشخص شود که سیستم چگونه کار می‌کند.
«نظریه ساختمان سیستم» در دینامیک سیستم‌ها
«نظریه ساختمان سیستم» در دینامیک سیستم‌ها، روشی موثر برای فهم ساختار سیستم‌ها و ارتباط برقرار کردن بین «ساختار سیستم» و «رفتار سیستم» ارایه می‌کند.
- «سیستم بسته» که در آن متغیرهای درون «مرز سیستم»، بدون وابستگی به «عوامل خارجی»، «رفتار سیستم» را ایجاد می‌کنند.
- «حلقه بسته» به عنوان المان اصلی شکل دهنده سیستم.
- «متغیرهای حالت» که مبنای شکل گیری «حلقه بسته» هستند.
- «متغیرهای نرخ» که «حلقه بسته» را کامل می‌کنند و شامل چهار بخش هستند:
- «هدف» به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده «نرخ»
- «وضع موجود» که «هدف» با آن مقایسه می‌شود
- «اختلاف» بین «هدف» و «وضع موجود»
- «اقدام» ناشی از این «اختلاف»
- «حلقه بسته» به عنوان المان اصلی شکل دهنده سیستم.
«سیستم بسته» و «مرز سیستم»
- «مرز سیستم» یک مرز قراردادی است که اجزای سیستم را از محیط پیرامون آن جدا می‌کند.
- این مرز باید به گونه‌ای مشخص شود که عوامل درون آن، رفتار سیستم را شکل دهند و سایر عواملی که اثر تعیین کننده‌ای بر رفتار سیستم ندارند، خارج از آن قرار بگیرند.
- ساخت «مدل» با این سوال شروع می‌شود که: مرز سیستم چگونه باید مشخص شود که شامل کمترین تعداد متغیرهایی باشد که رفتار مورد نظر را شکل می‌دهند.
- به این ترتیب، سیستم و مرز بسته‌ای که اجزای آن را از محیط پیرامون جدا می‌کند، مفاهیمی قراردادی هستند و تابع این خواهند بود که «چه مساله‌ای» و از «چه جایگاهی» قرار است حل شود.
«حلقه بسته» به عنوان ساختار پایه سازنده سیستم
- این حلقه‌های بسته بازخوردی هستند که سیستم را می‌سازند.
- حلقه‌های بازخوردی، اثر تصمیم‌ها و اقدامات بر متغیرهای حالت، و اثر «متغیرهای حالت» و «اطلاعات نشان دهنده وضعیت آنها» بر تصمیم‌ها و اقدامات را نشان می‌دهند.
تصمیم‌ها همواره در یک حلقه بازخوردی گرفته می‌شوند
- در یک سیستم، هر فرآیندی که یک «اقدام» را کنترل کند، یک «تصمیم» است.
- «تصمیم» در این مفهوم انواع متفاوتی می‌تواند داشته باشد:
- یک تصمیم آگاهانه انسانی برای اقدام
- یک تصمیم نیمه آگاهانه یا غیر آگاهانه انسانی برای اقدام
- یک فرآیند طبیعی منجر به اقدام مثل کنترل جریان ورودی آب مخزن توسط یک شناور
- یک فرآیند زیستی منجر به اقدام مثل کنترل دریچه‌های قلب یا کنترل ورودی نای و مری
تصمیم‌ها حلقه بسته را کامل می‌کنند
- تصمیم‌ها بر اساس مقادیر مخزن‌های سیستم یا اطلاعات دریافت شده از آنها گرفته می‌شوند.
- تصمیم‌ها، اقدام‌هایی که در سیستم انجام می‌شوند را کنترل می‌کنند.
- اقدام‌ها در مخزن‌های سیستم تغییر ایجاد می‌کنند.
- و به این ترتیب یک حلقه بسته شکل می‌گیرد.
- هر فرآیند تصمیم‌گیری می‌تواند بخشی از یک یا چند حلقه بسته باشد.
- همین حلقه‌های بسته هستند که در تعامل با هم، رفتار سیستم را شکل می‌دهند.
- هر حلقه شامل حداقل یک «تصمیم» است که «اقدام» را مشخص می‌کند و یک «مخزن» که بر اساس آن اقدام تغییر می‌کند.
- معمولا فرآیندهای تصمیم‌گیری در سیستم‌ها مشخص هستند اما حلقه بسته مربوط به آنها مبهم است.
- بنابراین، هر وقت در سیستم‌ها با یک فرآیند تصمیم‌گیری مواجه شویم، باید به دنبال مسیری باشیم که نتایج آن تصمیم به آن بر می‌گردد و تصمیم‌های بعدی را نتیجه می‌دهد.
ساختار شکل دهنده حلقه‌های بسته بازخوردی
- حلقه‌های بسته بازخوردی توسط دو نوع متغیر شکل داده می‌شوند: متغیرهای نرخ و متغیرهای حالت
- این دو نوع متغیر برای شکل دادن حلقه‌های بسته لازم و کافی هستند.
- سایر متغیرهایی که ممکن است در مدل استفاده شوند، صرفا متغیرهای کمکی هستند که برای فهم بهتر مدل اضافه می‌شوند.
- هر مسیری در حلقه‌های بازخوردی در سیستم، باید به تناوب شامل متغیرهای «نرخ» و «حالت» باشد و دو نرخ یا دو حالت پشت سر هم نباید وجود داشته باشد (غیر از برخی موارد خاص که دو نرخ می‌توانند به هم وصل شوند).
متغیرهای حالت (مخزن)
- متغیرهای حالت در هر زمان «وضعیت سیستم» را نشان می‌دهند.
- متغیرهای حالت فقط و فقط توسط اقدامات ناشی از تصمیم‌ها (متغیرهای نرخ) تغییر می‌کنند.
- بعضی از اقدامات منجر به افزایش مقدار متغیرهای حالت می‌شوند (نرخ ورودی) و بعضی از اقدامات منجر به کاهش مقدار متغیرهای حالت می‌شوند (نرخ خروجی).
- متغیرهای حالت از انباشت تفاوت مقدار متغیرهای «نرخ ورود» و «نرخ خروج» در طی زمان به وجود می‌آیند.
- هیچ متغیر حالتی نمی‌تواند به طور مستقیم بر متغیر حالت دیگری اثر بگذارد.
- متغیرهای حالت می‌توانند به طور غیر مستقیم و از طریق اثر گذاشتن بر متغیرهای نرخ، بر متغیرهای حالت دیگر اثر بگذارند.
- متغیرهای حالت انباشتی از نتایج اقدامات مختلفی که در طی زمان در سیستم انجام می‌شود، به وجود می‌آورند.
- تغییر در مقدار یک متغیر حالت، از طریق محاسبه انتگرال متغیرهای نرخ آن در بازه زمانی مورد نظر قابل محاسبه است.
متغیرهای نرخ (جریان)
- متغیرهای نرخ، اقداماتی هستند که متغیرهای حالت متناظر با خود را تغییر می‌دهند.
- این اقدامات بر اساس تصمیم‌ها و سیاست‌هایی مشخص می‌شوند که به صورت درونزا و بر اساس متغیرهای حالت خود سیستم تعیین می‌شوند.
- متغیرهای نرخ نشان می‌دهند که متغیرهای حالت با چه سرعتی تغییر می‌کنند.
- متغیرهای نرخ، نشان دهنده وضع فعلی متغیرهای حالت نیستند، بلکه شیب تغییر آنها را نشان می‌دهند.
- معادلات متغیرهای نرخ، نشان می‌دهند که چگونه متغیرهای حالت سیستم و اطلاعات ناشی از آنها، منجر به تصمیم‌ها و در نتیجه اقداماتی می‌شوند که در طی زمان متغیرهای حالت را تغییر می‌دهند.
- مقدار یک متغیر نرخ، بر اساس متغیرهای حالت سیستم تعیین می‌شود. و وابستگی مستقیم به مقادیر گذشته آن متغیر نرخ ندارد.
ساختار تصمیم‌گیری در سیستم‌ها: معادلات متغیرهای نرخ
- معادلات متغیرهای نرخ نشان می‌دهند که چگونه سیاست‌گذاری و تصمیم‌گیری در سیستم انجام می‌شود.
- یک «سیاست» یا «معیار تصمیم‌گیری» نشان می‌دهد که چگونه اطلاعات مربوط به متغیرهای حالت برای تصمیم‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند و شامل چهار جزء است:
- یک «هدف»
- اطلاعاتی که «وضعیت سیستم» را نشان می‌دهند.
- «تفاوت» بین هدف و وضعیت مشاهده شده
- عباراتی که نشان دهند چگونه «اقدامات» بر اساس این «تفاوت» انجام خواهند شد.
- به طور معمول به خصوص در سیستم‌های طبیعی و زیستی، فرض می‌شود که فاصله‌ای بین تصمیم و اقدام وجود ندارد و تصمیم عینا عملی می‌شود.
- در صورتی‌که بین تصمیم و اقدام «تاخیر» یا «تفاوت» وجود داشته باشد، متغیرهای حالت برای اعمال این تاخیر و تفاوت باید به مدل اضافه شوند.
منابع برای مطالعه بیشتر
1968, Jay Forrester, Principles of Systems
-
Chapter ۴: Structure of Systems
-
Closed Boundary
-
Feedback Loop–Structural Element of Systems
-
Levels and Rates–the Substructure Within Feedback Loops
-
Goal, Observation, Discrepancy, Action–Sub-substructure within a Rate
- Closed Boundary
- Feedback Loop–Structural Element of Systems
- Levels and Rates–the Substructure Within Feedback Loops
- Goal, Observation, Discrepancy, Action–Sub-substructure within a Rate
