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系统动力学

系统动态学(英语:System dynamics),或称系统动力学,是美国麻省理工史隆管理学院Jay W. Forrester于1950年代综合了系统理论(System Theory)、 控制论(Cybernetics)、伺服机械学(Servo-mechanism)、信息论(Information Theory)、 决策理论(Decision Theory)以及电脑模拟(Computer Simulation)所发展出来的。系统动态学是过程导向的研究方法, 擅长于大量变数、高阶非线性系统的研究,系统中的因、果回馈关系环环相扣,例如研究世界人口、生产活动、污染、自然资源等问题的“世界动态学模式”(Forrester, 1973)、研究都市发展动态的“都市动态学模式”(Forrester, 1969)等。系统动态学应用的领域非常广泛,包含生态、经济、社会、组织、管理、环境保护等。系统动态学研究的主要贡献是对于动态系统反直觉行为的深入了解,透过行为背后的结构性原因(互动机制)来解释为何行为产生如此的变化形态;其次透过电脑的模拟提供了政策设计与学习的练习场。

系统动态学对问题的理解,是基于系统行为与内在机制间的相互紧密的依赖关系,并且透过数学模型的建立与操弄的过程而获得的,逐步发掘出产生变化形态的因、果关系,系统动态学称之为结构。所谓结构是指一组环环相扣的行动或决策规则所构成的网络,例如指导组织成员每日行动与决策的一组相互关连的准则、惯例或政策,这一组结构决定了组织行为的特性。构成系统动态学模式结构的主要元件包含下列几项,“流”(flow)、“积量”(level)、“率量” (rate)、“辅助变数”(auxiliary) (Forrester, 1961)。

系统动态学将组织中的运作,以六种流来加以表示,包括订单(order)流、人员(people)流、钱(money)流、设备(equipment)流、物料流 (material)与资讯(information)流,这六种流归纳了组织运作所包含的基本结构。积量表示真实世界中,可随时间递移而累积或减少的事物,其中包含可见的,如存货水准、人员数;与不可见的,如认知负荷的水准或压力等,它代表了某一时点,环境变数的状态,是模式中资讯的来源;率量表示某一个积量,在单位时间内量的变化速率,它可以是单纯地表示增加、减少或是净增加率,是资讯处理与转换成行动的地方;辅助变数在模式中有三种涵意,资讯处理的中间过程、参数值、模式的输入测试函数。其中,前两种涵意都可视为率量变数的一部分。 系统动态学的建模基本单位-资讯回馈环路结构的基本组成是资讯回馈环路(information feedback loops)。环路是由现况、目标以及现况(积量)与目标间差距所产生的调节行动(率量)所构成的,环路行为的特性在消弭目标与现况间的差距,例如存货的调节环路。除了目标追寻的负环外,还有一种具有自我增强(self-reinforced)的正回馈环路,即因果彼此相互增强的影响关系,系统的行为则是环路间彼此力量消长的过程。但除此之外结构还须包括时间滞延(time delay)的过程,如组织中不论是实体的过程例如生产、运输、传递等,或是无形的过程例如决策过程,以及认知的过程等都存在着或长或短的时间延迟。系统动态学的建模过程,主要就是透过观察系统内六种流的交互运作过程,讨论不同流里,其积量的变化与影响积量的各种率量行为。

软件

通常是使用名为Dynamo的专用计算机语言来实现系统动态学的仿真。

参见

  • 环路图(Causal loop diagram)
  • 生态系模型(Ecosystem model)

外部链接


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