ساختار سیستم‌ها
پرسش‌های این درس
منابع مطالعه برای این جلسه
- پویایی شناسی سیستم‌ها، دکتر علینقی مشایخی، انتشارات آریانا قلم، ۱۳۹۶
-
فصل سوم: دیدگاه سیستمی
فصل سوم: دیدگاه سیستمی
تئوری ساختمان سیستم
- برای اینکه بفهمیم سیستم‌ها چگونه کار می‌کنند، باید بتوانیم ساختار آنها را بشناسیم.
- این ساختار سیستم است که رفتار سیستم را مشخص می‌کند.
- تئوری ساختمان سیستم در دینامیک سیستم‌ها، روشی موثر برای فهم ساختار سیستم‌ها ارایه می‌کند.
-
با استفاده از این تئوری، 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.
تئوری ساختمان سیستم در دینامیک سیستم‌ها
-
«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.
«مرز بسته» که اجزای سیستم را مشخص می‌کند
- «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» که ساختار پایه سازنده سیستم است
- 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)
Level (Stock) Variables
Level (Stock) Variables
- 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)
Rate (Flow) Variables
Rate (Flow) Variables
- 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.
مثال‌هایی از متغیرهای نرخ و حالت
- جمعیت یک متغیر حالت است که «زاد و ولد»، «مرگ و میر» و مهاجرت، متغیرهای نرخ آن هستند.
- کارکنان یک متغیر حالت است که استخدام، بازنشستگی و استعفا یا اخراج کارکنان متغیرهای نرخ آن هستند.
- موجودی حساب یک متغیر حالت است که واریز به حساب و برداشت از حساب متغیرهای نرخ ورود و خروج آن هستند.
- ترازنامه سندی است که وضعیت برخی از متغیرهای حالت مرتبط با یک سازمان را نشان می‌دهد.
- صورت سود و زیان، سندی است که مقادیر میانگین بعضی از متغیرهای نرخ مرتبط با یک سازمان را در فاصله بین دو ترازنامه نشان می‌دهد.
ویژگی‌های متغیرهای حالت
- متغیر حالت، متغیرهای نرخ ورودی و خروجی را از هم جدا می‌کند.
-
به این ترتیب این امکان به وجود می‌آید که مقادیر نرخ ورود و نرخ خروج متفاوت باشند:
- تفاوت نرخ تولید و نرخ فروش توسط تغییرات موجودی انبار امکان پذیر می‌شود.
- تفاوت درآمد و هزینه توسط تغییرات موجودی حساب امکان پذیر می‌شود.
- مقدار متغیر حالت نتیجه انباشت‌های ناشی از متغیرهای نرخ متناظر با آن در تمام زمان‌های گذشته است.
- متغیرهای حالت وضعیت سیستم را نشان می‌دهند.
- متغیرهای حالت، حافظه و تاریخچه سیستم هستند و پیوستگی سیستم از گذشته تا حال و آینده را امکان پذیر می‌کنند.
- مدلی که از سیستم ساخته می شود، به ازای هر مقداری که برای نشان دادن وضعیت سیستم مورد نیاز است، باید شامل یک متغیر حالت باشد.
- برای شبیه سازی یک سیستم، فقط دانستن مقدار فعلی متغیرهای حالت کافیست و تمام متغیرهای نرخ بر اساس ساختار سیستم و مقدار فعلی متغیرهای حالت قابل محاسبه هستند.
ویژگی‌های متغیرهای نرخ
- متغیرهای نرخ (غیر از برخی موارد خاص) نمی‌توانند به طور مستقیم بر یکدیگر اثر بگذارند.
- اثر متغیرهای نرخ بر یکدیگر تنها از طریق تغییری است که در متغیرهای حالت سیستم ایجاد می‌کنند.
- بر خلاف متغیرهای حالت، متغیرهای نرخ در «لحظه» قابل اندازه گیری نیستند.
- تمام ابزارهایی که برای اندازه گیری متغیرهای نرخ طراحی شده‌اند، برای عملکردشان نیاز به گذر زمان دارند.
- در واقع برای اندازه گیری متغیرهای نرخ، باید میانگینی از آنها در یک بازه زمانی اندازه‌گیری شود.
- این مقدار میانگین در واقع یک متغیر حالت است که قابلیت اندازه‌گیری ایجاد کرده است و در این معنا متغیرهای نرخ در واقع قابل اندازه گیری نیستند.
تشخیص متغیرهای نرخ و حالت
-
روش اصلی تشخیص یک متغیر حالت از یک متغیر نرخ این است که:
- متغیرهای حالت در اثر انباشت در طی زمان شکل می‌گیرند.
- متغیرهای نرخ، اقداماتی هستند که مقدار آنها توسط تصمیم‌ها و سیاست‌های سیستم مشخص می‌شود.
-
یک قاعده کمکی:
- ماهیت متغیر نرخ، اقدام در حال انجام در سیستم است. اگر اقدام متوقف شود، نرخی هم وجود نخواهد داشت.
-
ماهیت متغیر حالت، انباشت در طی زمان است. اگر اقدامات هم متوقف شوند، متغیر حالت باقی می‌ماند و قابل مشاهده است:
- تولید در کارخانه می‌تواند متوقف شود، اما کارگران، تجهیزات و موجودی انبار باقی می‌مانند و قابل مشاهده هستند.
- از روی واحد اندازه‌گیری نمی‌توان مشخص کرد که یک متغیر نرخ است یا حالت.
تغییر در سیستم بر اساس روابط متغیرهای نرخ و حالت
- وقتی صحبت از بهبود «وضعیت سیستم» می‌شود، معمولا منظور تغییر در «متغیرهای حالت» است.
- متغیرهای حالت نمی‌توانند به طور آنی تغییر کنند.
- برای تغییر یک متغیر حالت، باید متغیرهای نرخ ورودی و خروجی آن را تغییر دهیم و صبر کنیم تا تغییر مورد نظر صورت پذیرد.
- تصمیم‌ها و سیاست‌هایی که برای بهبود وضعیت سیستم مطرح می‌شوند، در واقع تغییر در متغیرهای نرخ (اقدامات) هستند.
- هر تلاش یا ادعایی برای تغییر یک متغیر حالت بدون تعیین سیاست مشخصی برای تغییر نرخ‌های آن، ناشی از عدم آگاهی یا فریبکاری و محکوم به شکست است.
- تنها موردی که به عنوان تغییر آنی در متغیر حالت می‌شناسیم، «معجزه» یا «وصل به مبدا» است.
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
- پویایی شناسی سیستم‌ها، دکتر علینقی مشایخی، انتشارات آریانا قلم، ۱۳۹۶
-
فصل چهارم: ساختار سیستم
فصل چهارم: ساختار سیستم
منابع مطالعه برای جلسه بعد
- پویایی شناسی سیستم‌ها، دکتر علینقی مشایخی، انتشارات آریانا قلم، ۱۳۹۶
-
فصل پنجم: مدل تشریحی و روابط علت و معلولی
فصل پنجم: مدل تشریحی و روابط علت و معلولی
منابع برای مطالعه بیشتر در مورد مطالب جلسه آینده
۲۰۰۰, John Sterman, Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World
-
Chapter 5: Causal Loop Diagrams
در پناه خدا باشیم
Previous
Next
