متدلوژی پویایی های سیستم (SD)
انجمن بینالمللی پویاییهای سیستم، این متدلوژی و کاربردهای آن را به اختصار، اینگونه معرفی میکند:
پویاییهای سیستم (System Dynamics) متدلوژی مطالعه و مدیریت سیستمهای بازخوری پیچیده مانند سیستمهای موجود در حوزه کسبوکار و سایر سیستمهای اجتماعی است. در واقع میتوان گفت از این متدلوژی برای بررسی و مطالعه تمامی انواع سیستمهای بازخوری استفاده شده است. اگرچه واژه «سیستم» در مورد بسیاری از وضعیتها به کار رفته است اما «بازخور» در این زمینه، صفتی مشخصه محسوب میشود. بازخور به وضعیتی اطلاق میشود که در آن X بر Y اثر میگذارد و در ادامه Y نیز از X متأثر میگردد. هر چند که ممکن است این اثرگذاری از طریق زنجیرهای از علل و معلول انجام پذیرد. پیشبینی رفتار سیستم از طریق مطالعه مستقل ارتباط میان X و Y و در ادمه ارتباط میان Y و X امکانپذیر نیست. تنها مطالعه کل سیستم به عنوان یک سیستم بازخوری منجر به اصلاح نتایج خواهد شد.
این متدلوژی:
§ ابتدا مسألهای را شناسایی میکند.
§ فرضیهای پویا که علت وقوع مسأله را تشریح میکند، شکل میدهد.
§ یک مدل شبیهسازی رایانهای از سیستم نهفته در ریشه مسأله ایجاد میکند.
§ مدل را به منظور حصول اطمینان از بازتولید رفتار مشاهده شده در دنیای واقعی مورد بررسی و آزمایش قرار میدهد.
§ سیاستهای بدیل مختلف که میتوانند مسأله را بهبود دهند، طراحی و آزمایش میکند.
§ و در نهایت راهحل برگزیده را به اجرا میگذارد.
این متدلوژی نخستین بار توسط جِی دالیو. فارستر مطرح شد. اولین کتاب وی که در سال ۱۹۶۱ و با نام «پویاییهای صنعتی» منتشر شد، هنوز هم به عنوان کتابی مرجع مهم در این حوزه شناخته میشود. از زمان انتشار این کتاب دامنه کاربردهای این متدلوژی به شدت توسعه یافته و در حال حاضر حوزههای زیر را تحت پوشش قرار میدهد:
- برنامهریزی و طراحی استراتژیها و سیاستهای بخش بازرگانی
- مدیریت و سیاستگذاری بخش عمومی
- مدلسازی زیستشناختی و پزشکی
- انرژی و محیط زیست
- نظریهپردازی در علوم طبیعی و اجتماعی
- تصمیمگیری پویا
- پویاییشناسی سیستمهای غیرخطی پیچیده
در ادامه سعی میشود تا مروری کوتاه بر این متدلوژی ارائه شود.
۱) مقدمه
در آغاز قرن جدید، جهان با طیف وسیعی از مسائل پویای پیچیده در بخشهای عمومی و خصوصی مواجه است. برای مثال به برخی از این مسائل توجه کنید:
جوامع خواهان رشد اقتصادی هستند اما این رشد اغلب منجر به تخریب محیط زیست و اکوسیستم میشود که گاهی غیر قابل جبران و غیر قابل بازگشت است. تورم بالای مزمن، کسری بودجه همزمان با سطح بالای بیکاری، به مسألهای دائمی برای کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است. شکاف روزافزونی میان کشورهای به اصطلاح «شمال» و «جنوب» وجود دارد و همچنین فاصله میان فقیر و غنی در یک کشور معین نیز در حال افزایش است. بازارها ـ بازارهای کالا و بازارهای مالی ـ تمامی انواع چرخههای کوتاهمدت، میانمدت و بلندمدت را از خود بُروز میدهند که عدم قطعیت ناشی از آن دهها سال است که به مسألهای مهم برای تصمیمگیران بخش عمومی و خصوصی تبدیل شده است. هر ساله هزاران شرکت کوچک آغاز به کار میکنند. بسیاری از آنها از رشد خیره کننده ـ اما نامتوازن ـ لذت میبرند، در حالی که ظرف مدت تنها چند سال در ورطه ورشکستگی گرفتار میشوند. جهانیشدن، چالشهای جدیدی را در حوزههای اجتماعی، اقتصادی و مدیریت سازمانها ایجاد کردهاست. با توجه به سرعت بیسابقه ارتباطات بینالمللی، اقتصاد «جدید» بدان معناست که شرکتها به زودی خود را در شبکه پیچیدهای از روابط مییابند و تنها شرکتهایی که توانایی درک عوامل پویای (دینامیکهای) این اقتصاد را داشته باشند، قادر به رقابت در این عرصه خواهند بود. در حوزه اجتماعی ـ اقتصادی، تنشی میان افزایش تعاملات بینالمللی و افزایش ملیگرایی خُرد (micro-nationalism) وجود دارد. بسیاری از کشورها در سراسر جهان با معضل میان دموکراسی کامل /حقوق بشر و معیارهای خاصی که اغلب برای مقابله با تروریسم موردنیاز است، مواجهند.
مثالهای فوق، از چند مشخصه معرفه مشترک برخوردارند: همگی آنها پویا هستند و مسائلی از جنس سیاستهای بلندمدت محسوب میشوند. منظور از «پویا» بودن یعنی «تغییر در طول زمان». مسائل پویا نیازمند اقدامات مدیریتی مستمرِ و پویا هستند. مسألهی جایابی (تعیین موقعیت) بهینه یک چاه نفت، ممکن است مسأله بسیار پیچیدهای باشد اما با این وجود، یک مسأله تصمیمگیری «ایستا» (Static Decision Problem) محسوب میشود. تصمیم یکبار اتخاذ میشود اما به صورت دورهای و بر مبنای نتایج آن، مورد پایش و بازنگری قرار نمیگیرد. اما مسائل پویایی که بدان اشاره شد را باید به طور مستمر مدیریت و پایش کرد. بنابراین، به طور مشخص در حوزه مدیریت و سیاستگذاری، مسائل پویا مسائلی هستند که از ماهیت مستمر، مزمن و بازگشتی (Recurring) برخوردارند. در این موارد، اقدام مدیریتی را انجام میدهیم، نتایج را مشاهده میکنیم، آنها را ارزیابی کرده و اقدامات جدیدی را انجام میدهیم که نتایج جدید، مشاهدات جدید و اقدامات جدیدتری را به دنبال خواهند داشت. به این ترتیب، یک حلقه بسته (Closed-loop) شکل میگیرد. به عبارت دیگر، اکثر مسائل مدیریتی پویا، مسائل «بازخوری» (Dynamic Problems) هستند. حلقههای بازخوری نه تنها میان اقدام کنترلی و سیستم وجود دارد بلکه بین اجزای مختلف درون سیستم نیز چنین حلقههایی وجود دارد. بنابراین، گفته میشود که این مسائل بازخوری پویا از ماهیت «سیستمیک» (Systemic) برخوردارند، به عبارت دیگر، این مسائل در نتیجه تعاملات پیچیده میان متغیرهای سیستم شکل میگیرند. از آنجایی که مدیریت پویا مستلزم جریانی (Stream) از تصمیمات پویاست، تمرکز تحقیقات این حوزه نباید بر تصمیمات نقطهای و منفرد استوار باشد بلکه قواعد تصمیمگیری (سیاستها) که به واسطه آنها تصمیمات اتخاذ میشود باید کانون توجه قرار گیرد.
متدلوژی «پویاییهای سیستم» (System Dynamics) در اواخر دهه ۱۹۵۰ و در نتیجه تلاشهای انجام شده برای بررسی و رفع چنین موضوعات پویا و مرتبط با سیاستهای بلندمدت که هم در بخش عمومی و هم بخش خصوصی رواج دارد، شکل گرفت. گروهی از محققان به سرپرستی جی . دابلیو . فارستر (Jay W. Forrester) رشته جدیدی را آغاز کردند که بعدها «پویاییهای صنعتی» (Industrial Dynamics) نامیده شد. نخستین حوزه کاربرد این متدلوژی، مدیریت استراتژیک مسائل صنعتی بود. نتیجه اصلی این تحقیق، انتشار کتاب پیشگامانه «پویاییهای صنعتی» بود که متدلوژی جدیدی را در حوزه مسائل صنعتی /کسبوکار معرفی میکرد و به تصویر میکشید. پروژه مهم دیگر، «پویاییهای شهری» (Urban Dynamics) بود که نظریهای پویا از نحوه اثرگذاری ساختوساز مسکن و توسعه کسبوکار بر رشد و رکود /زوال یک ناحیه شهری ارائه میکرد. به این ترتیب، روش «پویاییهای صنعتی» وارد حوزه وسیعتر مسائل اجتماعی ـ اقتصادی شد و در نهایت به «پویاییهای سیستم» تغییر نام یافت. دومین کاربرد این متدلوژی در حوزه اجتماعی ـ اقتصادی، «پویاییهای جهان» (World Dynamics) و «حدود رشد» (Limits to Growth) بود. این مدلها نشان میداد که سیاستهای رشد جمعیت و توسعه اقتصادی چگونه با یکدیگر تعامل کرده و زمانی که ازدحام جمعیت و صنعتی شدن بیش از حد، فراتر از ظرفیت محیط زیست روند، رفتار پویای رشد فورانی و سقوط (Overshoot and collapse) را پدید میآورند. در یک دوره زمانی کوتاه از اواخر دهه ۱۹۷۰ کاربردهای ای متدلوژی به طیف وسیعی از شامل مدلسازی اقتصاد ملی، زنجیرههای تأمین، مدیریت پروژه، مسائل آموزشی، سیستمفهای انرژی، توسعه پایدار، علوم سیاسی، روانشناسی، علوم پزشکی، بهداشت و بسیاری از حوزهها دیگر گسترش یافت. در سال ۱۹۸۳ انجمن بینالمللی پویاییهای سیستم شکل گرفت.
۲) مسائل پویا و دیدگاه بازخوری سیستمیک
۱ ـ۲) مسائل پویای بازخوری
واژه «پویا» در معنای عام خود به معنی «در حرکت» یا «متغیر در طول زمان» است. مشخصه مسائل پویا، متغیرهایی است که در طول زمان دستخوش تغییرات قابل توجهی میشوند. مدیران سیستمهای موجودی و تولید باید به موجودیها و سفارشاتی که نوسان میکنند، بپردازند، مدیران شهری با سطوح فزایندهای از زبالههای جامد، آلودگی آب و هوا مواجهند، مدیران محیط زیست نگران کاهش تنوع گونههای حیات وحش هستند، شهروندان صدای خود را علیه افزایش رقابتهای تسلیحاتی بلند میکنند، در سطح شخصی، افراد نگران فشار خون یا ضربات نامنظم قلب نامنظم یا افزایش دمای بدن هستند، رهبران کشورها نگران افزایش سطح بیکاری و سطوح تورمی هستند، یک شرکت کوچک زمانی که پس از یک دوره کوتاه رشد سریع با کاهش سریع سهم بازار مواجه میشود، احساس خطر میکند. در هر یک از این موارد، یک یا چند الگوی رفتار پویا وجود دارد که باید مدیریت شود (با هدف کنترل، اصلاح یا حتی معکوس کردن روند). شکل ۱ برخی از الگوهای رایج مشاهده شده در زندگی واقعی را نشان میدهد: رشد انفجاری جمعیت جهان، قیمتهای نوسانی کالاها، کاهش نمائی قیمت کوکائین و رشد و سقوط درآمدها. با این وجود، تنها مشخصه معرف مسأله پویا در مفهوم سیستمیک، بازخوری، وجود متغیرهای پویا نیست. نکته مهمتر آن است که در یک مسأله پویا، پویایی متغیرها باید به شدت به عملیات ساختار داخلی یک سیستم قابل شناسایی مرتبط باشد. به عبارت دیگر، این پویایی اصولاً توسط ساختار بازخوری داخلی سیستم ایجاد میشود (دیدگاه درونزا). بنابراین، موجودی نوسانی یک مسأله بازخوری سیستمیک است زیرا نوسانها نوعاً به واسطه تعامل سیاستهای سفارشدهی و تولید مدیریت ایجاد میشوند. در صورتی که نوسانات توسط یک نیروی خارجی برای مثال، نوسان شرایط جوی ایجاد شود، این مسأله دیگر یک مسأله سیستمیک نخواهد بود، هرچند که این مسأله هنوز هم از لحاظ تکنیکی مسألهای پویا است. در مورد اخیر ـ عامل برونزای نوسان ـ مدیران سیستم موجودی نمیتوانند اقدام خاصی برای حذف یا کاهش نوسانات انجام دهند. در صورتی که یک شرکت زنجیرهای چندملیتی در اثر مقرراتزدایی جدید و فراهم شدن زمینه رقابت، بازار خواروبار فروشی را در دست گیرد و در نتیجه باعث کاهش فروش مغازههای کوچک خواروبار گردد، این مسأله، مسأله بازخوری سیستمیک نخواهد بود. در این مورد، «مدیریت» مغازههای کوچک کار چندانی برای معکوس کردن مقررات دولتی در زمینه خصوصیسازی و یا تحت تأثیر قرار دادن سیاستهای شرکت چندملیتی نمیتواند انجام دهد. اهمیت این تمایز در این است که در صورت تخصیص این پویایی به عوامل و نیروهای خارج سیستم، امکان زیادی برای کنترل و بهبود مدیریتی وجود نخواهد داشت. از سوی دیگر، مسائل بازخوری سیستمیک، ضرورتاً نیازمند اقدام مدیریتی پویا و مستمر است.
مسائل مدیریتی پویا در زندگی واقعی نوعاً مسائل بازخوری هستند: ما اقدامات مدیریتی انجام میدهیم، نتایج را مشاهده میکنیم، آنها ار ارزیابی میکنیم و اقدامات جدید انجام میدهیم که نتایج جدیدی به دنبال دارد، مشاهدات، اقدامات بیشتر و … و به این ترتیب، یک حلقه بسته شکل میگیرد. حلقههای بازخوری نه تنها میان اقدام کنترلی و سیستم وجود دارد بلکه بین اجزای مختلف درون سیستم نیز چنین حلقههایی وجود دارد. به عبارت دیگر، اکثر مسائل مدیریتی پویا از ماهیتی «سیستمیک» برخوردارند. هدف اصلی متدلوژی پویاییهای سیستم، درک علل پویاییهای (دینامیکهای) نامطلوب و طراحی سیاستهای جدید به منظور اصلاح /حذف آنهاست. درک، اقدام و کنترل مدیریتی در بطن این روش قرار دارد. بنابراین، پویاییهای سیستم بر مسائل پویای با ماهیت سیستمیک و بازخوری متمرکز است.
۲ـ۲) سیستمها، مسائل و مدلها
واژه «سیستم» به واقعیت با برخی از جنبههای واقعیت اشاره دارد. سیستم را میتوان به عنوان «مجموعهای از عناصر بهم وابسته که یک کلّ معنیدار را شکل میدهند» تعریف شود. بنابراین، صحبت از سیستم مالی، سیستم اجتماعی، سیستم سیاسی، سیستم تولیدی، سیستم توزیع، سیستم آموزشی یا سیستم زیستشناختی، امری معمول است. هر یک از این سیستمها، از عناصر و اجزای متعددی تشکیل شدهاند که به شکل معناداری با یکدیگر در تعاملند تا سیستم بتواند هدف خود را محقق سازد. اما تحقق اثربخشِ هدف سیستم، امر سهلالوصول و بدیهی نیست: سیستم اجتماعی ـ اقتصادی جهانی هنوز با میلیونها نفر که بر اثر گرسنگی جان خود را از دست میدهند، مواجه است ـ این امر، مطمئناً نتیجه دلخواهی نیست ـ از سوی دیگر، توسعه اقتصادی زبالههای جامد به دنبال دارد، سطح آلودگی هوا و آب پایداری حیات بر روی زمین را تهدید میکند، سیستمهای کالا و سیستمهای مالی در سراسر جهان نوسانات نامنظم زیادی ایجاد میکنند، اقتصادهای ملی اغلب در کنترل مسائل همزمانی چون کسری بودجه، تورم و بیکاری ناتوانند، شرکتهای کوچک عموماً پس از یک دوره کوتاه رشد اولیه، با سقوط ناگهانی ـ که نتیجه غیر قابل اجتناب رشد نامتوازن است ـ روبرو میشوند، در سطح فردی باید به مسائل مرتبط با سلامتی خود از قبیل فشار خون یا کلسترول بالا که حاصل سبک زندگی ماست بپردازیم. کوتاه اینکه سیستمها در کلیه سطوح، مقیاسها و حوزهها اگرچه مجموعهای از مسائل را حل میکنند اما همزمان چالشهای پیچیدهای را نیز ایجاد میکنند.
یکی از ابزارهای علمی رایج در بررسی و حل مسائل، مدلسازی است. مدل را میتوان به عنوان «یک بازنمایی (Representation) از جنبههای منتخب یک سیستم واقعی مرتبط با یک یا چند مسأله مشخص» تعریف کرد. بنابراین، ما «مدلهایی از سیستمها» نمیسازیم ـ سیستم را مدل نمیکنیم ـ بلکه مدلهایی را از جنبههای منتخب سیستمها برای مطالعه برخی از مسائل مشخص ایجاد میکنیم ـ مسأله را مدل میکنیم. انگیزه و هدف اصلی از مدلسازی، وجود مسأله است. مسأله ممکن است، کاربردی (برای مثال، افزایش سطح بیکاری یا کاهش قیمت سهام) یا نظری (مانند تحلیل یک نظریه شناختی در مورد نحوه حصول معرفت یا آزمون اعتبار نظریه مارکس در مورد نزاع طبقات یا بررسی امکانپذیری پایداری بلندمدتِ اکولوژیکی /زیستمحیطی در یک نظام سرمایهداری) باشد. در هر حال، بدون وجود یک مسأله هدف، مدلسازی سیستم، بیمعناست. یک مدلساز، اقتصاد ملی، جمعیت یک گونه جانوری /گیاهی یا بازار سهام را مدلسازی نمیکند، بلکه مدلی را از برخی جنبههای منتخب و روابط موجود در یک اقتصاد ملی که احتمالاً به عنوان علت روند صعودی اخیر در بیکاری مطرح است را مدلسازی میکند، یا مدلی از عوامل منتخبی که به اعتقاد ایشان نقش مهمی در کاهش جمعیت یک گونه در معرض خطر ایفاء میکند را مدلسازی میکند، یا مدلی که به صورت گزینشی بر عوامل احتمالی سقوط یک بازار سهام معین در دوره زمانی مشخصی متمرکز است را ایجاد میکند. در حوزه نظری نیز همین اصل برقرار است: مدلساز، مدل را برای مطالعه یک مسأله /نظریه معین میسازد تا در بحث و مناظره در یک جامعه علمی مرتبط شرکت نماید.
مدلها انواع بسیاری دارند: مدلهای فیزیکی از اشیاء فیزیکی تشکیل میشوند (مانند مدلهای مقیاسی (کوچک شده) هواپیماها، زیردریاییها، مدلهای معماری و مدلهای ملکولی). مدلهای نمادین (سمبلیک) از نمادهای انتزاعی تشکیل میشوند (مانند توضیحات شفاهی، دیاگرامها، گرافها و معادلات ریاضی). مدلهای پویاییهای سیستم، مدلهای نمادینی هستند که از ترکیب دیاگرامها، گرافها و معادلات تشکیل میشوند. در یک تقسیمبندی دیگر، مدلها را میتوان به مدلهای «ایستا» یا «پویا» دستهبندی کرد. مدلهای ایستا، تعادل ایستا میان متغیرها که فرض میشود در یک دوره زمانی، ثابت است را بازنمایی میکنند (مانند یک مدل معماری یا معادله ریاضی نشان دهنده رابطه میان قیمت، عرضه و تقاضا در یک نقطه از زمان). مدلهای پویا، چگونگی تغییر متغیرها در طول زمان را بازنمایی میکنند (مانند یک شبیهساز پرواز برای آموزش خلبانان، قوانین حرکت نیوتن یا مدلی ریاضی از نوسانات قیمتی در بازارهای کالا). در یک طبقهبندی دیگر، مدلها به دو دسته مدلهای توصیفی (Descriptive) و تجویزی (Prescriptive) تقسیم میشوند. مدلهای توصیفی، نحوه تعامل متغیرها و چگونگی ایجاد مسائل به شکل کنونی (as is) را توصیف میکنند و به این موضوع که سیستم چگونه «باید» عمل کند تا تا مسائل را رفع کند، نمیپردازند. مدلهای تجویزی ـ که غالباً مدلهای بهینهسازی هستند ـ توابع هدفی را فرض کرده و به دنبال رسیدن به تصمیمات بهینه برای بیشینهسازی این توابع هستند. بازنمایی و حل ریاضی مسائل بازخوری پویای غیرخطی با استفاده از مدلهای بهینهسازی نوعاً غیر ممکن است. با این تعریف، مدلهای پویاییهای سیستم (SD) مدلهایی توصیفی محسوب میشوند. پیشنهادهای مربوط به اصلاح سیاستها از مدل مشتق نمیشود بلکه این مدلساز است که در نتیجه یک سری آزمایشات شبیهسازی، پیشنهادات خود را مطرح میکند. در نهایت اینکه مدلهای پویا را نیز میتوان به دو گروه مدلهای پیوسته (Continuous) یا گسسته (Discrete) در زمان تقسیم نمود. در مدلهای پیوسته، تغییر در هر لحظه از زمان میتواند رخ دهد (مانند دمای هوا، رطوبت یا جمعیت یک شهر) در حالی که در مدلهای گسسته، تغییر تنها در در نقاط گسسته از پیش تعریف شدهای از زمان میتواند رخ دهد (مانند تغییر حقوق کارکنان در ماههای مشخصی از سال یا تغییر متوسط نمره دانشجویان در هر ترم). سیستمهای پویای واقعی شامل هر دو نوع تغییر هستند. بنابراین، یک مدل پویاییهای سیستم ممکن است پیوسته، گسسته یا حتی ترکیبی (Hybrid) باشد. در عمل اگر گام (فواصل) زمانی گسسته مربوط به متغیرهای گسسته نسبت به افق زمانی مسأله مورنظر، به اندازه کافی کوچک باشد، (برای مثال، مدل مربوط به پویایی حقوق و دستمزد کارکنان در صورتی که افق شبیهسازی چندین دهه باشد) آنگاه با اطمینان میتوان زمان را پیوسته در نظر گرفت. منطق نهفته در این تقریب آن است که ایجاد، تحلیل و برقراری ارتباط با مدلهای ترکیبی پیوسته ـ گسسته بسیار طاقت فرسا و دشوار است. مدلهای پیوسته پویاییهای سیستم، از نظر ریاضی همارز معادلات دیفرانسیل (یا انتگرال) هستند در حالی که مدلهای گسسته همارز معادلات تفاضلی (Difference) محسوب میشوند. در مجموع میتوان گفت که مدلهای پویاییهای سیستم نوعاً مدلهای توصیفی، پیوسته یا گسسته هستند که بر مسائل سیاستگذاری مرتبط با ساختارهای بازخوری تمرکز دارند.
الگوهای رفتاری پویا
