نقشه راه: فصل پنج
نقشههای راه یک راهنمای خودآموز برای یادگیری اصول و کاربردهای پویایی سیستم است. نقشه راه پنجم، پنجمین بخش از این مجموعه آموزشی محسوب میشود. بخشهای یک تا سه این مجموعه، مقدمهای گسترده از پویایی سیستم ارائه کردند و بر بخشهای سازنده مدلها – یعنی حلقههای بازخوردی مثبت و منفی – تمرکز داشتند. نقشه راه چهارم با معرفی ساختارهای کلی، تحلیل سیاست، بازیهای شبیهسازی رایانهای و تراژدی منابع مشترک، درک شما را گسترش داد.
در نقشه راه پنجم، درک و دانشی که از بخشهای یک تا چهار کسب کردهاید را به چالش خواهید کشید. به طور مشخص، این بخش به معرفی مدلسازی تاخیرها، شبیهسازی ذهنی رشد S شکل، ساختارهای کلی تولیدکننده رشد S شکل، پویاییهای گسترش اپیدمی و مفهوم اعتبار مدل میپردازد. همچنین مهارتهای انتگرالگیری گرافیکی خود را تمرین و تقویت خواهید کرد. در پایان این بخش، مطالعه کتاب “فراتر از محدودهها” را توصیه میکند.
ملزومات مورد نیاز برای نقشهراه پنج
نرمافزار مدلسازی
برای تکمیل نقشهراه پنج و بخشهای بعدی این مجموعه، دسترسی به نرمافزار مدلسازی ضروری است. راهنماهای نقشهراه و اکثر مقالات موجود در آن با استفاده از نرمافزار STELLA II برای سیستم عامل مکینتاش تهیه شدهاند. این نرمافزار هم اکنون برای هر دو پلتفرم مکینتاش و ویندوز در دسترس میباشد.
نحوه استفاده از نقشه راه پنج
نقشهراه پنج از طریق متون و تمرینهای منتخب، به بررسی مباحث گوناگون پویایی سیستم میپردازد. پیش از هر متن یا تمرین، توضیحی مختصر درباره محتوا و ایدههای کلیدی آن ارائه شده است. هر فصل از این مجموعه شامل مقالاتی است که به معرفی و تقویت مفاهیم بنیادی پویاییشناسی سیستم میپردازند. برخی دیگر از مقالات بر پرورش مهارتهای کسبشده از طریق تمرینهای متنوع یا بازیهای شبیهسازی متمرکز شدهاند. در پایان بیشتر فصول، یک مقاله برجسته از منابع معتبر این حوزه گنجانده شده است.
مجموعه «نقشههای راه» مفاهیم بنیادی پویایی سیستم را در قالب «اصول سیستم» ارائه میدهد. این اصول در کادرهای ویژهای قرار گرفتهاند تا از سایر متن متمایز شده و بر اهمیت آنها تأکید شود. قرار دادن تدریجی اصول در این مجموعه به شما امکان میدهد هر اصل را چندین بار مرور کنید. هر بار که با یک اصل مجدداً روبرو میشوید، با یادگیری جنبههای تازه، درک قبلی خود را تکمیل خواهید کرد. این اصول در واقع هسته مرکزی مجموعه هستند و تمامی متون، تمرینها و مقالات حول این محور طراحی شدهاند.
در قالب روش یادگیری تدریجی به کار رفته در این مجموعه، بسیاری از مفاهیم در مراحل اولیه به طور مختصر معرفی شده و سپس در ادامه با جزئیات بیشتر شرح داده میشوند. «نقشههای راه» شامل چندین سری مقاله است که در طول فصلهای متوالی بررسی شدهاند. هر یک از این مقالات بر موضوع خاصی در پویاییشناسی سیستم یا پرورش مهارتی ویژه تمرکز دارد. هر فصل با یک مقاله ساده آغاز میشود و سپس در فصلهای بعدی، ایده اصلی به تدریج توسعه و بسط مییابد.
مقدمهای بر تاخیرها
این مقاله از کتاب «مقدمهای بر مدلسازی کامپیوتری» به بررسی دو نوع تاخیر متفاوت میپردازد: تاخیر مواد و تاخیرهای اطلاعاتی. با این حال، مدلهای ارائه شده در این فصل با زبان شبیهسازی داینامو طراحی شدهاند و از آنجایی که شما احتمالاً از نرمافزارهای STELLA یا ITHINK استفاده میکنید، ما این مدلها را برای سهولت شما ترجمه و بازسازی کردهایم. علاوه بر این، در این مقاله به شرح نحوه استفاده از توابع تاخیر در STELLA پرداخته شده است. این مقاله شامل شش تمرین مدلسازی به همراه راهحلهای کامل میباشد. اگر با معادلات نوشته شده به زبان داینامو آشنایی دارید، هنگام انجام تمرینها نیازی به مراجعه به مقاله اصلی نخواهید داشت، مگر اینکه بخواهید پاسخهای خود را با راهحلهای ارائه شده مقایسه کنید. این مقاله به تبیین دلایل استفاده از توابع تأخیر در مدلسازی کامپیوتری میپردازد و تجربه عملی شما را در این زمینه افزایش میدهد. تفاوت تأخیر مادی و اطلاعاتی چیست؟ چه زمانی و در کجای مدل از آنها استفاده میشود؟ چرا تأخیرها اهمیت دارند؟
تمرینهای مدلسازی مقدماتی
مقاله بعدی در نقشهراه پنج، پنجمین بخش از مجموعه تمرینهای مدلسازی مقدماتی است. شما پیشتر آموختهاید که چگونه سیستمهای با بازخورد مثبت و منفی و همچنین سیستمهای دارای جریان ثابت را به صورت ذهنی شبیهسازی کنید. اکنون به بررسی شبیهسازی ذهنی سیستمهای مرتبه اول با بازخوردهای ترکیبی خواهیم پرداخت.
این مقاله به تشریح شبیهسازی ذهنی سیستمهای دارای هر دو نوع حلقه بازخورد مثبت و منفی میپردازد. این مقاله چهار مثال مختلف از چنین سیستمهایی را توصیف کرده و نحوه شبیهسازی ذهنی رفتارهای تولید شده توسط آنها را مورد بحث قرار میدهد. تمرینهای مربوطه، همراه با راهحلهای آنها در پایان مقاله ارائه شده است. این مقاله توضیح میدهد که سیستمهای دارای بازخورد ترکیبی مثبت و منفی میتوانند چهار نوع رفتار مختلف ایجاد کنند: تعادل، رشد نمایی، رشد مجانبی و رشد اِسشکل.
انتقالپذیری ساختارها
در نقشهراه چهار، با ساختارهای کلی در سیستمهای دارای بازخورد مثبت و منفی مرتبه اول آشنا شدید. ساختارهای کلی، الگوهایی هستند که در چندین سیستم مختلف مشترکند. اکنون خواهید دید که کدام یک از این ساختارهای کلی منجر به رشد اِسشکل میشوند.
این مقاله، مفهوم ساختارهای کلی را توسعه داده و دو سیستم مختلف که منجر به رشد S شکل میشوند را معرفی میکند. در این مقاله از مدلهای STELLA II برای نمایش این واقعیت که ساختارهای کلی در بسیاری از سیستمها مشترک هستند استفاده شده است. همچنین از نمودارهای علّی حلقوی برای توضیح علت تولید رفتار رشد S شکل توسط این ساختارهای کلی خاص بهره گرفته شده است. این مقاله بر قابلیت انتقال این دو ساختار برای تبیین رشد S شکل در مدلهای سیستمهای مختلف تأکید میکند.
اعتبار مدل
آیا تا به حال به یک مدل نگاه کردهاید و از خود پرسیدهاید که آیا معتبر است یا خیر؟ چگونه میتوان فهمید که ساختار، اجزا یا فرضیات به کار رفته در ایجاد یک مدل معتبر هستند؟ آیا راهی برای آزمون اعتبار یک مدل وجود دارد؟
در این مقاله، نویسنده چندین آزمون ساختاری، رفتاری و پیامدهای سیاستی را تشریح میکند که میتوان برای بررسی اعتبار یک مدل به کار برد. این مقاله توضیح میدهد که چرا این آزمونها با آزمونهای آماری مرسوم تفاوت دارند. همچنین این مقاله بر برخی روشهای مناسب مدلسازی تأکید میکند، از جمله اولویتدادن به قضاوت و شهود به جای دادههای خام در تعیین ساختار مدل.
شیوع یک اپیدمی: رشد S شکل
در نقشهراه سه، با مدلی آشنا شدید که رشد S شکل را نمایش میداد. در نقشهراه پنج، به شبیهسازی سیستمی ذهنی پرداختید که این نوع رفتار را تولید میکند، و همچنین ساختارهای کلی ایجادکننده آن را بررسی کردید. در این بخش، به مدلسازی شیوع یک اپیدمی پرداخته میشود. چنین سیستمی نیز رشد S شکل را نشان میدهد، اما با ساختاری متفاوت از آنچه پیشتر مشاهده کردید.
این مقاله، یک مجموعه کامل از اطلاعات و پیشنهادات را برای معلمانی که قصد راهاندازی دورههای آموزشی پویایی سیستم در کلاسهای خود دارند، ارائه میدهد. این مقاله به توصیف «بازی اپیدمی» میپردازد – بازیی که در آن یک «بیماری» از طریق دست دادن انتشار مییابد. با انجام این بازی، دانشآموزان درک عمیقی از پویاییهای شیوع بیماری کسب میکنند. در ادامه، دانشآموزان میتوانند این بازی را در نرمافزار STELLA مدلسازی کرده و با ساختار سیستم آشنا شوند. در این مقاله از اصطلاحات «حلقه تعادلی» و «حلقه تقویتی» به جای «حلقه بازخورد منفی» و «حلقه بازخورد مثبت» استفاده شده است. این اصطلاحات تفاوتی در معنا ایجاد نمیکنند، بلکه به منظور فاصله گرفتن از بار معنایی «مثبت» و «منفی» که معمولاً توسط مدلسازان مبتدی با مفاهیم واقعی بازخورد اشتباه گرفته میشود، ابداع شدهاند..
تمرینهای انتگرالگیری ترسیمی
در نقشهراه دو و سه، با انتگرالگیری ترسیمی جریانهای ثابت، تابع پلهای و جریانهای افزایشی و کاهشی خطی آشنا شدید. با این حال، در دو مقاله قبلی از مجموعه تمرینهای انتگرالگیری ترسیمی، تنها به بررسی سیستمهای دارای جریان خالص پرداختیم. اکنون به بررسی سیستمهای دارای جریان ورودی و خروجی مجزا پرداخته میشود.
سومین مقاله از مجموعه تمرینهای انتگرالگیری گرافیکی، به تشریح روشهای انتگرالگیری گرافیکی برای تخمین رفتار سیستمهای دارای جریان ورودی و خروجی میپردازد. این مقاله نشان میدهد که چگونه میتوان جریان خالص را محاسبه کرد و سپس دانش شما را از دو مقاله اول گسترش میدهد. سپس میتوانید با انجام تمرینها، درک خود از این مفاهیم را محک بزنید؛ راهحل این تمرینها نیز در پایان مقاله ارائه شده است.
محدودیتهای رشد
Beyond the Limits by Donella Meadows et al.
کتاب «فراتر از مرزها» دنبالهای بر اثر پرفروش «محدودیتهای رشد» است که بیست سال پیش توسط همین نویسندگان به نگارش درآمد. مطالعه این کتاب از اهمیت بالایی برخوردار است. در کتاب «فراتر از مرزها»، از مدل پویایی سیستم با نام WORLD3 برای تحلیل محدودیتهای زمین در زمینه رشد جمعیت، منابع تجدیدناپذیر، آلودگی، تولید مواد غذایی و ظرفیت صنعتی استفاده شده است.
اصل سیستمی شماره ۱۰: حلقههای مرتبه اول دارای رفتار نمایی هستند.
حلقه بازخوردی مرتبه اول همواره یک الگوی زمانی نمایی از خود نشان میدهد.
اصل سیستم شماره ۱۱: سطوح به طور کامل وضعیت سیستم را توصیف میکنند.
اصل سیستمی شماره ۵: متغیرهای حالت تنها توسط متغیرهای نرخ تغییر میکنند.
برای مثال “جمعیت خرگوشها” تنها توسط متغیرهای نرخ “تولدها” و “مرگها” تغییر میکند. جمعیت خرگوشها توسط نرخ تولد افزایش و توسط نرخ مرگ کاهش مییابد، اما هیچ متغیر دیگری متغیر حالت را تغییر نمیدهد. فقط متغیرهای نرخ میتوانند متغیرهای حالت را تغییر دهند. حتی متغیرهای نیز یکدیگر یا خودشان را تغییر نمیدهند. مقدار فعلی یک متغیر حالت تنها با استفاده از مقدار قبلی آن و تغییرات ناشی از نرخهای مؤثر بر آن متغیر حالت محاسبه میشود. مقدار قبلی متغیرهای حالت از دوره قبل به دوره فعلی منتقل میشود و تنها توسط نرخهای ورودی و خروجی که در فاصله زمانی بین دو دوره بر متغیر حالت اثر میگذارند، تغییر میکند. مقدار فعلی یک متغیر حالت به طور مستقیم به مقادیر فعلی یا قبلی هیچ متغیر حالت دیگری وابسته نیست.
اصل سیستمی شماره ۱۲: متغیرها در زیرسیستمهای بسته دارای واحدهای یکسانی هستند.
همانطور که در اصل سیستم شماره ۶ یادآوری شد، متغیرهای حالت در زیرسیستمهای بسته وجود دارند – محتوای متغیرهای حالت نه ایجاد و نه نابود میشوند، بلکه تنها از طریق جریانها بین متغیرهای حالت جابجا میگردند. متغیرهای حالتی که در یک زیرسیستم بسته به هم متصل شدهاند، دارای واحد اندازهگیری یکسانی هستند. در مدل اپیدمی، واحد اندازهگیری هر دو متغیر حالت [افراد] است (چه بیمار و چه سالم). در مدل چرخه عمر محصول جدید، واحد اندازهگیری هر دو متغیر حالت [مشتری] میباشد. متغیرهای حالت در درون زیرسیستمهای بسته دارای واحدهای یکسانی هستند.