نقشه راه: فصل چهار
مجموعه «نقشههای راه»، یک راهنمای خودآموز برای یادگیری اصول و کاربردهای پویاییشناسی سیستم محسوب میشود. نقشه راه چهار، چهارمین بخش از این مجموعه آموزشی است. سه بخش اول، مقدمهای جامع از این حوزه ارائه کردند و بر مبانی مدلسازی – به ویژه حلقههای بازخورد مثبت و منفی – تمرکز داشتند. اکنون در نقشه راه چهار، دانش و درک شما از پویاییشناسی سیستم به چالش کشیده خواهد شد.
این نقشه راه «تراژدی منابع مشترک» توصیف میکند و توضیح میدهد که چرا این پدیده به کرات رخ میدهد. این نوع رفتار در کجاها دیده میشود؟ چرا این پدیده اهمیت دارد؟ همچنین به تبیین تحلیل سیاست و نقش بازیهای شبیهسازی رایانهای در آموزش سیستمها به افراد پرداخته میشود. بازیها در آموزش چه کاربردی دارند؟ چرا افراد باید این بازیها را انجام دهند؟ و چرا تحلیل سیاست تا این حد در پویاییشناسی سیستم از اهمیت برخوردار است؟
دو مقاله ابتدایی این بخش، مفهوم ساختارهای کلی را معرفی میکنند. سپس با تمرینهای بیشتری در مدلسازی مقدماتی آشنا خواهید شد. مقاله بعدی با عنوان «ساخت مدل بانکهای ماهی و تحلیل فرسایش منابع تجدیدپذیر»، شامل یک بازی شبیهسازی رایانهای از صنعت ماهیگیری است که بر اساس مدل پویایی سیستم طراحی شده است. پس از انجام بازی، خودتان مدلی از صنعت ماهیگیری خواهید ساخت و سیاستهای مختلف را روی این سیستم آزمایش خواهید کرد. در پایان این بخش، درباره برخی محدودیتهای نمودارهای حلقۀ علّی به بحث خواهیم پرداخت.
ملزومات مورد نیاز برای نقشهراه چهار
نرمافزار مدلسازی
برای تکمیل نقشهراه چهار 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 چهار
نقشهراه چهار از طریق متون و تمرینهای منتخب، به بررسی موضوعات گوناگونی در حوزۀ پویایی سیستم میپردازد. پیش از هر مقاله یا تمرین، توضیحی کوتاه دربارۀ محتوا و ایدههای اصلی آن ارائه شده است. پس از پایان هر بخش نیز مهمترین مفاهیم، پیش از ارائۀ مطلب جدید، برجسته میشوند.
هر فصل از این نقشه راه شامل مقالاتی است که به معرفی و تقویت مفاهیم بنیادی پویایی سیستم میپردازند. برخی مقالات نیز 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.
مفاهیم بنیادی پویایی سیستم در مجموعه «نقشههای راه» در قالب اصول سیستم ارائه شده است. این اصول در کادرهای ویژهای قرار گرفتهاند تا از سایر متن متمایز شده و بر اهمیت آنها تأکید شود. چیدمان تدریجی اصول سیستم در این مجموعه به شما امکان میدهد هر اصل را چندین بار مرور کنید. هر بار که یک اصل بازبینی میشود، شما با یادگیری جنبههای جدید، درک پیشین خود را تکمیل خواهید کرد. اصول سیستم، هسته مرکزی این مجموعه را تشکیل میدهند و کلیه متون، تمرینها و مقالات حول این محور طراحی شدهاند.
به عنوان بخشی از رویکرد یادگیری مارپیچی به کار رفته در این مجموعه، بسیاری از مفاهیم در مراحل اولیه به طور مختصر معرفی شده و سپس در ادامه با جزئیات بیشتر توضیح داده میشوند. «نقشههای راه» شامل چندین سری مقاله است که در فصلهای متوالی ارائه شدهاند. هر یک از این سریها بر موضوع خاصی در پویاییشناسی سیستم یا پرورش مهارتی ویژه متمرکز است. هر سری با یک مقاله ساده آغاز شده و سپس در فصلهای بعدی، ایده اصلی به تدریج توسعه و بسط مییابد.
انتقالپذیری ساختارها
پس از مطالعه سه بخش از «نقشههای راه»، احتمالاً متوجه شدهاید که برخی از مدلها ظاهری مشابه دارند. برای مثال، مدلی که برای توصیف پر شدن یک وان حمام استفاده میشود، بسیار شبیه به یک مدل جمعیتی ساده به نظر میرسد. این پدیده به کرات در پویایی سیستم رخ میدهد و با عنوان انتقالپذیری ساختارها شناخته میشود. این ساختارهای مشترک در چندین سیستم، ساختارهای کلی نامیده میشوند.
این مقاله، مفهوم ساختار کلی را در سیستمهای دارای بازخورد مثبت مرتبه اول معرفی میکند. این مقاله پس از ارائه و تشریح نمونههایی عینی، به بررسی ساختار کلی پرداخته و انواع رفتارهای مختلفی را که میتواند ایجاد کند مورد بحث قرار میدهد. سپس از شما خواسته میشود چند تمرین انجام دهید. راهحل این تمرینها در پایان مقاله ارائه شده است. در بسیاری از مواقع، سیستمهای کاملاً متفاوت، ساختارهای بنیادی مشترکی دارند. به عنوان مثال، چه سیستمهای دیگری را میشناسید که دارای ساختار حلقه بازخورد مثبت مشابهی باشند؟ اهمیت این شباهت ساختاری در آن است که با شناسایی الگوهای تکراری، میتوانید رفتار سیستمهای جدید را با استفاده از دانش خود از سیستمهای آشنا پیشبینی کنید.
این مقاله درک شما از ساختارهای کلی را توسعه داده و این مفهوم را در سیستمهای دارای بازخورد منفی مرتبه اول ارائه میدهد. همچون مقاله پیشین، در ابتدا چندین مثال ارائه شده و سپس مقاله به توضیح ساختار کلی و همچنین رفتارهای هدفجویانه = آن میپردازد. مجدداً از شما خواسته میشود تمریناتی را انجام دهید که راهحل آنها در پایان مقاله گنجانده شده است.
تمرینات مدلسازی مقدماتی
مقاله بعدی، چهارمین مقاله از مجموعه تمرینهای مدلسازی مقدماتی است. در نقشهراه سه، آموختید که چگونه به صورت ذهنی رفتار سیستمهای ساده حاوی حلقه بازخوردی مثبت یا منفی را شبیهسازی کنید. اکنون خواهیم دید که افزودن یک متغیر جریان ثابت چگونه بر این رفتار تأثیر میگذارد.
این مقاله به توسعه مهارتهای شبیهسازی ذهنی شما ادامه داده و آن را برای پیشبینی رفتار سیستمهای دارای متغیر جریان ثابت به کار میگیرد. هر دو نوع بازخورد مثبت و منفی همراه با جریان ثابت بررسی شده و پس از هر بخش، از شما خواسته میشود که تمرینهایی را انجام دهید. میتوانید پاسخهای خود را با پاسخهای ارائه شده در پایان مقاله مقایسه کنید. این مقاله به تشریح نحوه محاسبه متغیر انباشت تعادلی، جریان خالص، و ثابت زمانی در سیستم میپردازد.
تراژدی منابع مشترک
جنگلهای بارانی گرمسیری در حال ناپدید شدن، ذخایر ماهی اسکاندیناوی در حال کاهش، صید بیرویه ماهیها در گرند بنکس – این سه پدیده چه وجه اشتراکی دارند؟ در هر مورد، یک منبع مشترک در نتیجه بهرهبرداری بیرویه رو به کاهش است. در پویایی سیستم، این پدیده با عنوان “تراژدی منابع مشترک” شناخته میشود. مقاله بعدی به بررسی ساختار سیستمی میپردازد که باعث ایجاد این رفتار شده است.
این مقاله شما را با «بازی ماهیگیری» آشنا میکند – یک بازی شبیهسازی رایانهای تکنفره درباره صنعت ماهیگیری. این بازی به شما امکان میدهد نقشآفرینی کرده و تصمیماتی مشابه تصمیمات افراد در سیستم واقعی بگیرید. همانطور که خواهید دید، چنین موقعیتهایی میتوانند رفتارهای غیرمنتظرهای ایجاد کنند. این بازی و مدلی که پس از پایان بازی ایجاد خواهید کرد، یک رفتار رایج سیستم به نام «تراژدی منابع مشترک» را نشان میدهند.
بازیهای شبیهسازی رایانهای به شما امکان میدهند بدون پذیرش «ریسک» در زندگی واقعی، سیاستهای مختلف را آزمایش کنید. شبیهسازی رایانهای همچنین به رفع هرگونه ابهامی که ممکن است درباره نتایج یک سیاست داشته باشید کمک میکند. شما به سادگی سیاست مدنظر خود را در بازی امتحان میکنید و نتایج را مشاهده مینمایید.
رفتاری که به «تراژدی منابع مشترک» معروف است، در واقع ناشی از ساختار سیستم است. افراد حاضر در این سیستم (در این مورد ماهیگیران) درک نمیکنند که هدف آنان برای حداکثر کردن سود شخصی، همان منبع معیشت آنها را تضعیف میکند. آیا شما موقعیتهای دیگری را میشناسید که ممکن است دارای ساختار مشابه «تراژدی منابع مشترک» باشند؟ با وجود ناامیدکننده بودن این وضعیت، مدل همچنین نشان میدهد که برخی سیاستها میتوانند از استفاده بیش از حد منبع جلوگیری کنند.
محدودیتهای نمودارهای علّی حلقوی
در بسیاری از متون و تمرینهای پیشینِ «نقشههای راه»، از نمودارهای علّی حلقوی استفاده شده است. این نمودارها بهطور گسترده برای نمایش سیستمها و ساختار آنها به افرادی که با پویایی سیستم آشنایی ندارند، مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، این نمودارها خود دارای مشکلاتی هستند.
این مقاله به بررسی برخی مشکلات ناشی از استفاده از نمودارهای علّی حلقوی برای مدلسازی سیستمها میپردازد. علت اصلی این مشکلات، عدم وضوح کافی نمودارهای علّی حلقوی در انتقال ساختار یا رفتار سیستم است که از ویژگیهای تعیینکننده یک سیستم به شمار میروند. اگرچه نویسنده با بازتعریف حلقههای مثبت و منفی تلاش کرده تا ابهامات را کاهش دهد، اما بهترین راه برای جلوگیری از سردرگمی، استفاده مستقیم از نمودارهای حالت و جریان برای مدلسازی سیستم است بدون نیاز به نمودارهای علّی حلقوی.
اصل سیستمی شماره ۷: نرخها تنها به متغیرهای حالت و ثابتها وابسته هستند.
به شکل ۷ در صفحه ۱۵ از مقاله “ساخت مدل بانکهای ماهی” توجه کنید. ملاحظه میکنید که تنها ورودیهای متغیرهای نرخ “میزان تخمریزی ماهی” و “میزان مرگومیر ماهی”، متغیر حالت “جمعیت ماهی” و مقادیر ثابت هستند. این دو نرخ مستقیماً بر یکدیگر تأثیر نمیگذارند. نرخها تنها به متغیرهای حالت و ثابتها وابسته هستند.
اصل سیستمی شماره ۸: تصمیمها همواره در درون حلقههای بازخوردی قرار دارند.
“تصمیمات” مربوط به “نرخ تخمریزی ماهی” و “نرخ مرگ ماهی” نیز در درون حلقههای بازخوردی اتفاق میافتند. بدون توجه به ماهیت فرآیند تصمیمگیری – اعم از انسانی، ناخودآگاه، زیستی، شیمیایی، مکانیکی، الکتریکی و غیره – این فرآیند همواره در درون حداقل یک حلقه بازخوردی جای گرفته است.
اصل سیستمی شماره ۹: هر معادله باید از برابری ابعادی برخوردار باشد.
در هر معادله، تمامی عبارات باید دارای ابعاد یکسانی باشند. به عنوان مثال،”سود سالیانه” به عنوان تفاوت بین “درآمدها” و “هزینهها” تعریف شده است. هر دو متغیر درآمد و هزینه باید دارای واحد اندازهگیری یکسانی باشند – در این مورد [دلار در سال]. ناهمگونی ابعادی بین عبارات نشاندهنده فرمولبندی نادرست معادله است.
اصل سیستمی شماره ۲: متغیرهای حالت و نرخها عناصر بنیادی زیرساخت حلقهها هستند.
همانطور که با مدل بانکهای ماهی آشنا میشوید، حلقههای بازخوردی متعدد موجود در آن را ردیابی کنید. توجه داشته باشید که هم متغیرهای حالت و هم متغیرهای نرخ اجزای اساسی ساختار حلقههای بازخوردی هستند. بدون حضور آنها، پویایی حلقه قابل نمایش نخواهد بود. علاوه بر این، پویایی سیستم را میتوان تنها با استفاده از متغیرهای حالت و نرخ به طور کامل مدلسازی کرد. این دو متغیر هم برای نمایش ساختار یک سیستم بازخوردی ضروری هستند و هم به تنهایی کافی میباشند.