نقشه راه: فصل هشت
نقشههای راه، مجموعهای خودآموز برای تسلط بر اصول و کاربرد پویایی سیستم هستند. این فصل، هشتمین فصل از این مجموعه محسوب میشود. سه بخش نخست، مقدمهای گسترده از این حوزه ارائه میدهد و بر درک ساختار و رفتار سیستمها از طریق حلقههای بازخوردی مثبت و منفی تمرکز دارند. بخشهای چهارم تا ششم به معرفی ساختارهای کلی میپردازند، خواننده را با تحلیل سیاستها و اعتبارسنجی مدل آشنا میکنند و فرصتهایی برای مدلسازی مستقل فراهم میکنند.
بخش هفتم، رفتارهای غیرمنتظره در حلقههای بازخوردی مثبت با مرتبه بالاتر را بررسی کرده و همچنین شامل اولین مقاله در مورد اشتباهات و سوءتفاهمهای رایج در مدلسازی پویایی سیستم است. این فصل علاوه بر ارائه تمرینهای مدلسازی مستقل، روش انتگرالگیری گرافیکی معکوس را توضیح میدهد و در نهایت با مقالهای درباره ارتباط میان تفکر سیستمی و پژوهش عملیاتی نرم با پویایی سیستم به پایان میرسد.
در نقشه راه هشت، مجموعهای از مقالات درباره فرآیند مدلسازی ارائه میشود که با بررسی مرحله مفهومیسازی و طراحی اولیه یک مدل پویاییسیستم شروع میشود. دومین مقاله از مجموعه «خطاها و سوءتفاهمهای رایج» نیز هشدارهایی را درباره کاربرد نادرست ساختارهای کلی ارائه داده و بر ماهیت واقعی متغیرهای حالت و جریان تأکید میکند. این نقشه راه سپس به بررسی ریشههای ساختاری نوسانات پایدار پرداخته و اولین مقاله از مجموعه مطالعات تحلیل حساسیت را معرفی مینماید. در پایان، متن کامل سخنرانی پروفسور جی فارستر در کنفرانس مدلسازی پویایی سیستم و تفکر سیستمی برای مقاطع تحصیلی پایه (ژوئن 1994) ارائه میشود.
ملزومات مورد نیاز برای نقشهراه هشت
نرمافزار مدلسازی
برای تکمیل نقشهراه شش 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 هشت
نقشه راه هشتم از طریق مقالات و تمرینهای منتخب، به بررسی موضوعات مختلف در حوزه پویایی سیستم میپردازد. پیش از هر بخش مطالعاتی یا تمرین، توضیحی مختصر درباره محتوا و ایدههای کلیدی آن ارائه میشود و پس از اتمام هر بخش، مهمترین مفاهیم، پیش از انتقال به مطلب بعدی مورد تأکید قرار میگیرد.
هر فصل از این مجموعه شامل مقالاتی است که به معرفی و تقویت مفاهیم بنیادی پویایی سیستم میپردازند، در حالی که سایر مقالات بر پرورش مهارتهای کسبشده از طریق تمرینهای متنوع یا بازیهای شبیهسازی متمرکز شدهاند. بسیاری از فصول با ارائه مقالهای شاخص از منابع معتبر این حوزه به پایان میرسند.
در چارچوب روش یادگیری تدریجی و چرخشی به کار رفته در این مجموعه، بسیاری از مفاهیم در مراحل اولیه به طور مختصر معرفی شده و سپس در ادامه با جزئیات کاملتری شرح داده میشوند. این مجموعه شامل چندین سری مقاله است که در طول فصلهای پیاپی ارائه شدهاند و هر سری به موضوع یا مهارت خاصی در پویایی سیستم اختصاص دارد. هر مجموعه با مقالهای ساده آغاز شده و سپس در فصلهای بعدی، ایده اصلی به تدریج توسعه و بسط مییابد.
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. چیدمان تدریجی اصول سیستم در این مجموعه به شما امکان میدهد هر اصل را چندین بار در طول دوره مطالعه کنید. هر بار که با یک اصل مجدداً روبرو میشوید، با یادگیری جنبههای جدید، درک قبلی خود را از آن اصل تکمیل خواهید کرد. این اصول در واقع هسته مرکزی مجموعه را تشکیل میدهند و تمامی متون، تمرینها و مقالات حول این محور طراحی شدهاند.
تقویت مهارتهای مدلسازی
ساخت یک مدل پویایی سیستم کار سادهای نیست. اکثر مدلسازان از مجموعهای از اصول و مراحل مشابه هنگام ساخت مدل پیروی میکنند. فرآیند مدلسازی شامل چهار مرحله اصلی است: مفهومپردازی، فرمولبندی، آزمون و پیادهسازی که هر یک در مقالات جداگانهای مورد بررسی قرار خواهند گرفت. مقاله پیشرو به تحلیل اولین مرحله، یعنی مفهومپردازی میپردازد.
این مقاله به تشریح جامع مرحله مفهومپردازی در ساخت مدل پویایی سیستم میپردازد. در این مقاله، با استفاده از توصیف نوشتاری یک سیستم چهار گام اصلی مفهومپردازی شامل تعیین هدف مدل، مرزهای مدل، اشکال حالتهای مرجع و مکانیزمهای پایه به صورت عملی نمایش داده میشود. در ادامه، یک تمرین کاربردی برای مفهومپردازی ارائه شده و راه حل پیشنهادی نیز بیان میگردد. برای تکمیل این تمرین، به کتاب یادداشتهای مطالعاتی در پویایی سیستم اثر مایکل گودمن نیاز خواهید داشت.
این مقاله دومین بخش از مجموعه «نقشههای راه» است که به بررسی اشتباهات و سوءتفاهمهای رایج در مدلسازی پویایی سیستم میپردازد. در این مقاله، خطای ناشی از به کارگیری ساختار کلی نامناسب برای مدلسازی یک سیستم توضیح داده میشود. همچنین به خواننده یادآوری میکند که متغیرهای حالت نشاندهنده انباشتهای واقعی در جهان خارج هستند و متغیرهای جریان هستند که این متغیرهای حالت را در طول زمان تغییر میدهند.
نوسان
نقشه راه شش، مفهوم نوسان را از طریق بخش «ساختارهای کلی در سیستمهای نوسانی 1» معرفی کرد. این مقاله به بررسی ساختار کلی تولیدکننده نوسان میپردازد و نشان میدهد که چگونه میتوان این ساختار را در سیستمهای مختلفی به کار برد. مقاله پیشرو، تفسیر عمیقتری از علل شکلگیری نوسان پایدار ارائه میدهد.
این مقاله به ارائه تحلیلی دقیق از علل ساختاری ایجاد نوسان میپردازد. مطالعه با توصیف یک سیستم مرتبه اول آغاز شده و نشان میدهد که چنین سیستمی قادر به ایجاد نوسان نیست. سپس دو سیستم مرتبه دوم شامل مدل عملکرد تحصیلی و مدل نظافت اتاق خوابگاه دانشجویی مورد بررسی قرار میگیرند. برای هر سیستم، بحث با ارائه مدل حالت و جریان آغاز شده و با توضیح مختصری از روابط بازخوردی ادامه مییابد. در ادامه، تفسیر گامبهگام یک چرخه از رفتار مدل ارائه میشود که بر دلایل ساختاری ایجاد نوسان متمرکز است.
تحلیل حساسیت
در فرآیند ساخت مدلهای پویایی سیستم، ممکن است این پرسش برای شما پیش آمده باشد که چگونه مقادیر مشخصی برای پارامترهای مدل انتخاب کنیم. اگر مقادیر یک پارامتر را افزایش یا کاهش دهیم، رفتار مدل چگونه تغییر خواهد کرد؟ اگر شبیهسازی با مقدار اولیه متفاوتی برای متغیرهای حالت آغاز شود چه اتفاقی میافتد؟ و اگر از مقدار دقیق یک پارامتر در سیستم واقعی اطمینان نداریم، چه مقداری باید برای آن در نظر بگیریم؟ بخش بعدی، مفهوم تحلیل حساسیت را معرفی میکند که پاسخگوی این پرسشها و بسیاری از سوالات مشابه دیگر است.
مقاله پیشرو به معرفی تحلیل حساسیت میپردازد که ابزاری قدرتمند در فرآیند ساخت و ارزیابی مدل محسوب میشود. در این مقاله، دو مدل «دکه لیموناد» و «اپیدمی» ارائه شده و سپس تحلیل حساسیت روی پارامترهای مدل انجام میشود تا تأثیر تغییر مقادیر پارامترها بر رفتار مدل بررسی گردد. توصیه میشود برای درک بهتر رفتار پویای مدل و تحلیل حساسیت، تمامی مدلهای ارائه شده را ساخته و آزمونها را همگام با مقاله انجام دهید.
پویایی سیستم در آموزش
مقاله بعدی متن سخنرانی اصلی پروفسور فارستر در کنفرانس تفکر سیستمی و مدلسازی پویا برای مقاطع تحصیلی پایه است که در ژوئن ۱۹۹۴ در آکادمی کنکورد ماساچوست برگزار شد. ایشان در این سخنرانی سه هدف اصلی را برای آموزش پویایی سیستم پیشنهاد میدهند:
۱. پرورش مهارتهای فردی
۲. شکلدهی به دیدگاه و شخصیتی متناسب با قرن بیست و یکم
۳. درک ماهیت سیستمهای پیچیدهای که در آن زندگی و کار میکنیم
در میان سه هدف یاد شده، هدف پایدار مجموعه «نقشههای راه» این است که به خوانندگان خود در درک ماهیت سیستمهای پیچیده پیرامونمان یاری رساند. سیستمهای پیچیده از جنبههای بسیاری با سیستمهای ساده تفاوت دارند. همان تصمیماتی که میتوانند سیستمهای ساده را بهبود بخشند، اغلب در مواجهه با سیستمهای پیچیده نتیجه معکوس خواهند داشت. سخنرانی پروفسور فورستر شش ویژگی کلیدی سیستمهای پیچیده را معرفی میکند. پیشنهاد میشود آنها را با دقت مطالعه کنید و بکوشید موقعیتهای دیگری را به خاطر آورید که در آنها با رفتارهای مشابه سیستمهای پیچیده روبرو شدهاید.
اصل سیستمی شماره ۲۱: هر سیستم دارای مرزی بسته است.
در ایجاد یک مدل از سیستم واقعی، هرگونه تعامل اساسی ضروری برای الگوی رفتاری مورد بررسی ، باید درون مرز سیستم گنجانده شود. اگر مدل ما قرار است رفتاری مشابه سیستم واقعی تولید کند، در این صورت ساختار سیستمی که مسئول ایجاد آن رفتار است باید در مدل لحاظ شود. رفتار و عامل ایجادکننده آن، برای سیستم بسته، درونزا هستند.
بخش ۴.۲ از مقاله “ساخت مدل پویاییسیستم: بخش اول – مفهومپردازی” را مجدداً مطالعه کنید. این بخش، مفهوم مرز مدل را توضیح داده و نشان میدهد که چگونه یک مدلساز در مرحله مفهومپردازی این مرز را تعیین میکند. در تعریف مرز مدل، یک مدلساز تمامی مؤلفههای لازم برای ایجاد الگوی رفتاری مورد مطالعه را انتخاب میکند.
اصل سیستمی شماره ۱۱: متغیرهای حالت به طور کامل وضعیت سیستم را توصیف میکنند.
پیش از آغاز شبیهسازی، باید مجموعهای از شرایط اولیه برای تمامی متغیرهای حالت مشخص شود. بدون اطلاع از مقادیر اولیه، انجام شبیهسازی امکانپذیر نیست. شبیهسازی باید از یک وضعیت مشخص از سیستم آغاز شود که بازتابدهنده حالت سیستم در نقطه آغازین زمان است.
اصل سیستمی شماره ۲۲: ارتباطات اطلاعاتی، متغیرهای حالت را به متغیرهای نرخ متصل میکنند.
ارتباطات اطلاعاتی (یا اتصالدهندهها)، متغیرهای حالت را به متغیرهای نرخ مرتبط میسازند. از طریق این ارتباطات، مقادیر متغیرهای حالت به معادلات نرخ منتقل شده و میزان جریانها را تعیین میکنند.
اصل سیستمی شماره ۱۸: ضرایب تبدیل باید در سیستمهای واقعی قابل شناسایی باشند.
ضرایب تبدیل باید دارای مقادیر عددی باشند که بتوان آنها را از طریق مشاهده به صورت منطقی استنتاج کرد. این مقادیر صرفاً برآمده از تحلیلهای آماری نیستند. برای مثال در یک قهوه فروشی مقدار “بهرهوری” را میتوان از طریق مشاهده سیستم واقعی، به دست آورد. برای مثال، اگر هر کارگر در نیم ساعت فرصت تهیه یک قهوهجوش ده فنجانی را داشته باشد، در این صورت بهرهوری کارگران معادل ۲۰ فنجان به ازای هر کارگر در ساعت خواهد بود.
اصل سیستمی شماره ۲۳: تصمیمها تنها بر اساس اطلاعات موجود اتخاذ میشوند.
در مدلهای پویایی سیستم، تمامی تصمیمها بر اساس قوانین مشخصی که در معادلات نرخ تعریف شدهاند، اتخاذ میگردند. این معادلات در واقع بیانگر سیاستها و قوانین تصمیمگیری در سیستم هستند.