ديناميک سيستمی متدولوژی، توانايی ها و محدوديت ها / دکتر جمشید پرویزیان

[1] برای سيستم تعاريف مختلفی شده است از جمله:

1. گروهی از عناصر مستقل اما مرتبط است که روی هم يک کل را تشکيل می­دهند.
2. ابزاری است که اجزاء متقابلا” موثر بر يکديگر را تشکيل می­دهد که برای عملکرد خاصی کنار هم قرار گرفته­اند.
3. مجموعه­ای از روش­ها و قوانين است که حاکم بر رفتار می­باشند.
4. روند يا فرآيند به دست­آوردن يک هدف است.
5. گروهی از اعضاء يا ارگان­ها که به شکل آناتوميک يا فيزيولوژيک به يکديگر مرتبط­اند.
6. يک ساختار سازمان­يافته برای تنظيم يا طبقه­بندی.
7. نمونه­ای از ماده که در آن فازهای مختلف با يکديگر در تعادل­اند.
8. يک موجود زنده که از آن به ترکيبی از اجزاء از درون به يکديگر وابسته برای تشکيل يک کل تصور می­شود.
9. يک منش منظم؛ نظم به معنای روش­مند بودن و ساختار داشتن.

به نظر می­رسد تعريف اول بيشتر با اهداف ديناميک سيستمی همخوان باشد. با اين حال در اين روش علمی، مرزهای سيستم مستقل از هدف مطالعه نيستند. در واقع “کل” محصور در مرزهای سيستم يک مفهوم ابژکتيو است.

شکل 1 مراحل شش گانه يک مطالعه سيستمی

همانگونه که ديده ميشود اولين گام در يک مطالعه سيستمی، توصيفی است که مبتنی بر مشاهده نزديک سيستم و شناخت عوامل مؤثرتر بر يا تاثيرپذير از متغيرهايی باشد که هدف مطالعه سيستمی تنظيم يا کنترل آنها است. توصيف درست تنها از طريق همزيستی با سيستم، جست و جوی ديدگاه­های مختلف کسانی که در يک سيستم زندگی می­کنند، پی­گيری تغييرات متغيرهايی که در نگاه اول می­توان از يک سيستم شناسايی کرد در طول زمان­های گذشته، و بررسی مطالعه سيستم­های مشابه امکان­پذير است. با اين حال هرگونه توصيفی ممکن است دارای کاستی­هايی باشد که در گام­های بعدی مطالعه روشن شده، لازم است بر طرف شوند. حاصل يک توصيف دقيق از يک سيستم می­تواند در گام دوم به کار رود و به انتخاب دقيق متغيرهای سطح و نـــرخ کمک کند. متغيرهای سطح آن دسته از متغيرها را تشکيل می­دهند که محتوای آنها به تاريخ آنها بستگی دارد در حاليکه متغيرهای نرخ دارای مقادير لحظه­ای هستند. از اين­رو اگر زمان متوقف شود متغيرهای سطح دارای مقداری هستند که درست يک گام زمانی قبل دارا بوده­اند در حاليکه مقدار متغيرهای نرخ صفر مي­شود. از اين آزمون می­توان برای تميز اين متغيرها از يکديگر استفاده کرد. متغيرهای نرخ و سطح را به ترتيب می­توان به عملکردهای مشتقگير و انتگرالگير تشبيه نمود. در عمل، متغيرهايی چون حساب­های بانکی، موجودی انبارها، جمعيت، موجودی کالاهای سرمايه­ای، ميزان سواد عمومی و … را می­توان به عنوان متغيرهای سطح به کار برد در حالي که برداشت يا واريز روزانه، ميزان ورود و خروج کالا، مرگ و مير و زاد و ولد، نرخ سالانه فرسودگی و … را می­توان متغيرهای نرخ به حساب آورد. با وجودي که متغيرهای سطح معمولاً از جنس “واحد” و متغيرهای نرخ از جنس “واحد بر زمان” می­باشند برای تشخيص متغيرهای نرخ و سطح نمی­توان از بُعد آنها استفاده کرد چرا که ميزان متوسط يک متغير نرخ، با بُعد “واحد بر زمان” يک متغير سطح تشکيل می­دهد.

با داشتن هر يک از متغيرهای سطح و متغيرهای نرخی که آنها را تغيیر می­دهند می­توان مدل را تکميل کرد. قابل توجه آنکه توصيه می­شود تشکيل چرخه­های علّی تا پايان ساخت مدل به تعويق افتد. چرا که اگر از چرخه­­های علّی شروع کنيم می­توان بديل­های متعدد و بی­حاصلی را آزمود که می­توانند هريک از متغيرها را به تعداد زيادی متغير خارج از مرزهای سيستم مرتبط سازند. در حاليکه اگر ابتدا متغيرهای سطح و نرخ انتخاب شوند و مدل ساخته شود می­توان تعبير يگانه­ای از چرخه­های علّی به نمايش در آورد.

نکته قابل توجه ديگر آنکه ساخت يک مدل مقدم بر جمع­آوری هرگونه اطلاعات آماری يا تحليلی است. در واقع مدل حاصل انبوهی از اطلاعات نيست بلکه به کمک مدل می­توان چراغی افروخت و در پرتو نور آن اطلاعات لازم را از يک سيستم گرفت.

با داشتن مدل می­توان به شبيه­سازی، گام سوم، پرداخت. شبيه­سازی عبارتست از اجرای مدل به ­ازای گذر زمان. از همين جا می­توان تفاوت عمده­ای را بين سيستم­های ديناميکی در مفهومی که معمولاً در علم رياضی به آن اشاره ميشود و در علوم مهندسی­ قائل شد. در حالی که  در الگوهای رياضی سيستم­های ديناميکی، زمان معمولاً يک متغير پيوسته است در شاخه­های مختلف مهندسی زمان پيوسته، با ظهور عناصر ديجيتال در درون يک سيستم جای خود را به يک متغير گسسته با بازه­های زمانی که گاه از يک چندم ثانيه تجاوز نمی­کند سپرد. در مسايل اقتصادی- اجتماعی اما، هر چند شبيه­­سازی براساس متغير گسسته زمان انجام مي­شود معمولاً بازه­های تغيير از يک هفته کوچکتر نيستند و گاه به بزرگی چند سال يا دهه نيز می­شوند. اين انتخاب يکی ناشی از اهداف کلان يک مطالعه ديناميک سيستمی در مسايل  اقتصادی است و ديگر آنکه تغييرات متغيرها در يک سيستم اقتصادی- اجتماعی معمولاً دارای دوره­های تناوب چندماه يا چند ساله است. از نکته اخير می­توان راهنمايی برای انتخاب بازه زمانی به دست آورد. به عنوان قاعده­ای سرانگشتی، بازه زمانی لازم است از نصف حداقل تأخير مرتبه اول موجود در يک سيستم کوچکتر باشد. اين انتخاب تضمين می­نمايد که تغييرات تناوبی متغيرهای سطح کاملاً پوشش داده شده، مثلاً از يک نقطه ماکزيمم به نقطة ماکزيمم بعدی يک متغير، پرشی انجام نشده است به طوری­که تغيیرات آن متغير در نقاط مينيمم خود ناديده گرفته شده باشد.

حاصل شبيه­سازی را می­توان در دو بازه تاريخی گذشته و آينده تفسير نمود. مقادير حال متغيرهای سطح با­يد حداقل با تقريب قابل قبول از اجرای مدل برای گذشته­ای که منجر به حال مي­شود به دست آيند. با اين آزمون می­توان از صحت مدل اطمينان نسبی حاصل کرد. هرچند کمتر می­توان به مدلی دست يافت که بتواند مقادير متغيرهای سطح را در زمان­های مختلف دقيقاً به دست دهد، انتظار می­رود يک مدل قابل قبول روند تغييرات اين مقادير را کما­بيش دنبال کند. با اطمينان از صحت نسبی مدل، می­توان به مقاديری که مدل برای متغيرهای سطح در آينده نزديک پيش­بينی می­کند نظر انداخت و چگونگی تحول متغيرهای وضعيت را مشاهده کرد. قيد “نزديک” در اينجا از آن رو اهميت دارد که اولاً ديناميک سيستمی قابليتی فراتر از ديگر شاخه­های علوم برای پيش­بينی نمی­دهد، ثانيا” ارزش هرگونه تصوری از آينده را با توجه به مقياس زمانی مدل، به آينده­ای که در آن ساختار مدل، اجزاء و شرايط آن، و نسبت متغيرهای ” درون­زا” و” برون­زا” در آن تغيير نمی­يابد، محدود نمايد.

روند تغيير متغيرهای سطح و ساختار مدل می­تواند مبنای پيشنهاد­هايی برای تغيير “ساختار مدل” يا “سياست­ها” باشد: گام چهارم. تغيير ساختار مدل بيشتر متوجه چگونگی ارتباط اجزاء آن با يکديگر است در حالي­که “سياست”­ها می­توانند متوجه کاهش زمان­های تأخير، افزايش ظرفيت­ها، و به ويژه تغيير معيارهای” تصميم­گيری” در نقاطی باشد که مقادير نرخ­ها را کنترل می­کنند. طبيعی است که ايجاد تغييراتی در يک سيستم با مقاومت از سوی کسانی روبرو است که به نظم “موجود” عادت کرده، حاضر نيستند به راحتی تغييراتی را بپذيرند که آنان را به سوی “آينده­ای نا معلوم” پيش می­برد. در گام پنجم، گفتگو، بحث و توجيه عوامل انسانی در­گير در يک سيستم زمينه قبول تغييرات را در يک سيستم به وجود می­آورد. بالاخره در ششمين گام تغييرات مورد نظر اعمال مي­شود.

همان­گونه که از شکل 1 می­توان ديد مطالعه ديناميک سيستمی مانند هر مطالعه علمی ديگر مستلزم فعاليت ذهنی، تجربه، کشف، و اصلاح کاستی­ها يا خطاهايی است که می­تواند در هر گام به وجود آيد. در نتيجه در هر مرحله اين امکان وجود دارد که لازم باشد به مراحل قبلی بازگشته، به تکميل يا اصلاح توصيف لغوی سيستم، تعيين حدود و مرزهای آن، انتخاب متغيرهای سطح و نرخ، اجراء مدل و سياست­ها يا تغيير ساختارها بپردازيم. اين ضامن ديناميک فعاليت علمی­ای است که منجر به تکميل مطالعه می­شود.

در علوم مهندسی معمولاً از دياگرام­های جعبه­ای يا نمودار جريان برای نمايش مدل­ استفاده می­شود. در اينجا، متناسب با موضوع بحث و مسبوق به آنچه از ابتدا متداول گشته، برای نمايش متغيرهای سطح از جعبه و برای نمايش متغيرهای نرخ از شير کنترلی استفاده می­کنند. انتخاب اخير نشان می­دهد که مقدار جاری در يک متغير نرخ ماهيتاً حاصل يک “تصميم” است که به نوبه خود تابع قوانين يا سياست­هايي است که بر آن حاکم هستنند. در شکل 2 می­توان ضمن مشاهده نمونه­ای ساده از نمايش مدل در ديناميک سيستمی، چگونگی ارتباط بازخورد اطلاعاتی از يک سطح و مقايسه آن با مقدار مطلوب را ديد که منجر به تصميم و در نهايت عملی می­شود که بر مقدار آن متغير سطح اثر می­گذارد.

شکل 2 نحوه نمايش مدل ديناميکی: از مقايسه وضعيت مطلوب و موجود يک متغير حالت (سطح) تصميم لازم برای اقدام اصلاحی اتخاذ شده، به وقوع می پيوندد.

پيش از آن که اين مقدمه را برای آشنايي با دینامیک سیستمی پایان ببرم می­خواهم اشاره­ای هم داشته باشم به وضعیت حاضر این متدولوژی علمی در ایران. در دهه­ی اخیر گرایش روزافزونی به دینامیک سیستمی در دانشگاه­های ایران پدید آمده­است به طوری که هر ساله تعداد زیادی مقاله از دانشگاه­های ایران در کنفرانس جهانی دینامیک سیستمی ارایه می­شود. با این حال، برای شناخت درستی از این روش و محددیت­های آن لازم است متون اصلی این روش به ویژه نوشته­های پروفسور فارستر به درستی به پارسی برگردانده و تدریس شوند. جای تاسف است که حتی نام این روش در پارسی به اشتباه به “سیستم­های دینامیکی” یا “پویایی­های سیستم” یا مانند آن برگردانده شده­است. بلایی که شاید بر سر برخی رشته­های مهندس هم آمد و مثلا مهندسی صنعتی به مهندسی صنایع برگردانده شد. شاید از میان برگردان­های مختلف برای نام آن، “پویایی­شناسی سیستم” درست­ترین باشد. شروع مدل­سازی با تشکیل چرخه­های علّی بدترین تله­ای است که پژوهشگر را به هیچ می­رساند در حالی که سرخوش از دستاوردهای خود است. مدل­سازی باید با بهره­گیری از قدرت تخیل و مبتنی بر دانش­های پیرامونی در موضوع مورد پژوهش شروع شود و با توصیف کلامی یک سیستم. پژوهشگر این رشته باید خود را با دانش­های اقتصاد و جامعه­شناسی و مدیریت و مانند آن­ها تقویت کند و با تاریخ پدیده­ی مورد مطالعه به خوبی آشنایی یابد. ذهن خلاق اینجا هم، چون در دیگر شاخه­های علمی، موجد مدل و تئوری­ها است.

شاید نیاز به یادآوری باشد که این علم، چون دیگر علوم تجربی، قادر به پیش­بینی و پیش­گویی آینده نیست و بیشتر تلاشی است برای درک واقعیت جهان خارج. پیش­بینی محدودی هم اگر ممکن باشد از سر درگیری عمیق ذهن پژوهشگر با موضوع مطالعه­ی خویش است.

مراجع

Forrester, J., “Industrial Dynamics”, Portland, Ore: Productivity Press, 1961.

Forrester, J., “Principles of Systems”, Wright Allen Press, Cambridge, Massachusetts, 1968.

Forrester, J., “System Dynamics, Systems Thinking, and Soft OR”, System Dynamics Review, Vol. 10, Nos. 2-3, pp. 245-256, 1994.

 ………………………………………………………………………………

[1] برای سيستم تعاريف مختلفی شده است از جمله:

1. گروهی از عناصر مستقل اما مرتبط است که روی هم يک کل را تشکيل می­دهند.
2. ابزاری است که اجزاء متقابلا” موثر بر يکديگر را تشکيل می­دهد که برای عملکرد خاصی کنار هم قرار گرفته­اند.
3. مجموعه­ای از روش­ها و قوانين است که حاکم بر رفتار می­باشند.
4. روند يا فرآيند به دست­آوردن يک هدف است.
5. گروهی از اعضاء يا ارگان­ها که به شکل آناتوميک يا فيزيولوژيک به يکديگر مرتبط­اند.
6. يک ساختار سازمان­يافته برای تنظيم يا طبقه­بندی.
7. نمونه­ای از ماده که در آن فازهای مختلف با يکديگر در تعادل­اند.
8. يک موجود زنده که از آن به ترکيبی از اجزاء از درون به يکديگر وابسته برای تشکيل يک کل تصور می­شود.
9. يک منش منظم؛ نظم به معنای روش­مند بودن و ساختار داشتن.

به نظر می­رسد تعريف اول بيشتر با اهداف ديناميک سيستمی همخوان باشد. با اين حال در اين روش علمی، مرزهای سيستم مستقل از هدف مطالعه نيستند. در واقع “کل” محصور در مرزهای سيستم يک مفهوم ابژکتيو است.