پویایی‌شناسی سیستم‌ها

پویایی‌های سامانه یا پویایی‌شناسی سامانه‌ها (به انگلیسی: System dynamics)، روشی برای درک رفتارهای یک سامانه پیچیده در طول زمان است. در این روش با تمرکز بر حلقه‌های بازخورد (Feedback Loops) درون سیستم، تأثیرات غیرخطی و تاخیرهای زمانی در میان متغیرها و همچنین ماهیت انباشتی و یا جریانی متغیرها به بررسی رفتار یک سیستم می‌پردازند. با توجه به ماهیت عددی روش پویایی‌های سامانه، این امکان وجود دارد که مدل‌های مبتنی بر این روش را با استفاده از رایانه شبیه‌سازی کرد و با مجموعه پارامترها و متغیرهای مختلف وضعیت سیستم برای یک بازه زمانی در آینده را پیش‌بینی نمود.

بررسی اجمالی

پویایی‌های سامانه با حلقه‌های بازخورد و تأخیرهای زمانی سروکار دارد که رفتار کل سامانه را مورد تأثیر قرار می‌دهند. چیزی که استفاده از پویایی‌های سامانه را از دیگر رویکردهای مطالعهٔ سامانه‌های پیچیده متمایز می‌سازد استفاده از حلقه‌های بازخورد و انباشت و جریان است. این عناصر به شرح چگونگی نمایش تأثیرات غیر خطی در سامانه‌های بظاهر ساده کمک می‌کنند.

پویایی‌های سامانه یک روش‌شناسی و روش مدل‌سازی ریاضی برای چارچوب‌بندی، درک، و بحث پیرامون موضوعات و مسائل پیچیده است. در حالیکه در دههٔ ۱۹۵۰ برای کمک به مدیران شرکت‌ها بمنظور بهبود درکشان از فرایندهای صنعتی ایجاد شد، در حال حاضر پویایی‌های سامانه در تمام بخش عمومی و خصوصی بمنظور طراحی و آنالیز سیاست‌ها بکار می‌رود.

در دههٔ ۱۹۹۰ نرم‌افزار مناسب پویایی‌های سامانه در نسخه‌های کاربرپسند توسعه یافت و به سامانه‌های گوناگون اعمال شد. مدل‌های پویایی‌های سامانه، مشکل همزمانی (علت و معلول متقابل) را با بروزرسانی کلیهٔ متغیرها در افزایش‌های زمانی کوچک با بازخوردهای مثبت و منفی و تأخیرهای زمانی برای ساختاربندی تعاملات و کنترل، حل می‌کنند. احتمالاً بهترین مدل شناخته‌شدهٔ پویایی‌های سامانه مربوط به کتاب «محدودیت‌های رشد» چاپ ۱۹۷۲ باشد. این مدل پیش‌بینی می‌کند که رشد تصاعدی منجر به فروپاشی اقتصادی در سدهٔ ۲۱ میلادی تحت طیف گسترده‌ای از سناریوهای رشد شود.

پویایی‌های سامانه جنبه‌ای از نظریهٔ سامانه‌ها بعنوان روشی برای درک رفتار پویای سامانه‌های پیچیده است. اساس روش، درک این مسئله است که ساختار هر سامانه — با روابط دایره‌ای، به‌هم‌پیوسته، و گاهی با تأخیر زمانی بین اجزایشان — اغلب به همان اندازه‌ای در تعیین رفتار اهمیت دارد که خود اجزاء بصورت منفرد. مثال‌هایش نظریه آشوب و پویایی‌های اجتماعی است. همچنین ادعا شده که اغلب به دلیل وجود خواص کلی‌ای که نمی‌توان آن‌ها را در خواص اجزاء یافت، در برخی موارد نمی‌توان به توضیح رفتار کل در قالب رفتار اجزاء پرداخت.

تاریخچه

روش پویایی‌های سامانه در اواخر دههٔ پنجاه میلادی توسط جی فارستر در دانشگاه MIT بنیان نهاده شد. جی فاستر که همچنین به عنوان مخترع حافظهٔ مغناطیسی نیز شهرت دارد بعد از جابه‌جایی به دانشکدهٔ مدیریت Sloan همین دانشگاه روش داینامیک سیستم را برای سیستم‌های مختلف از جمله سیستم‌های اقتصادی و اجتماعی به کار برد. اولین مقالهٔ منتشر شده از جانب وی با این مضمون مربوط به مقاله‌ای است که در سال ۱۹۵۶ در مجله Harvard Business Review و با عنوان پویایی‌های صنعتی منتشر شد.

موضوعات پویایی‌های سامانه

عناصر نمودارهای پویایی‌های سامانه، بازخورد، انباشتگی جریان‌ها در انباشت‌ها و تأخیرهای زمانی هستند.

بعنوان تصویری از نحوهٔ استفاده از پویایی‌های سامانه، سازمانی را در نظر بگیرید که برای معرفی یک محصول مصرفی بادوام جدید نوآورانه برنامه‌ریزی می‌کند. چنین سازمانی به‌منظور طراحی برنامه‌های بازاریابی و تولید، به درک پویایی‌های ممکن بازار نیاز دارد.

نمودارهای حلقهٔ علیتی

در روش‌شناسی پویایی‌های سامانه، یک مسئله یا یک سامانه (مثلاً بوم‌سازگان، سامانه سیاسی یا سامانه مکانیکی) نخست بعنوان نمودار حلقهٔ علیتی نمایش داده می‌شود. یک نمودار حلقهٔ علیتی نقشهٔ ساده‌ای از یک سامانه، همراه با همهٔ اجزای تشکیل‌دهنده و برهم‌کنش‌های آن‌هاست. با ضبط برهم‌کنش‌ها و در نتیجه حلقه‌های بازخورد (شکل زیر را ببینید)، یک نمودار حلقهٔ علیتی، ساختار یک سامانه را نشان می‌دهد. با درک ساختار یک سامانه، امکان تعیین رفتار یک سامانه در طول یک دورهٔ زمانی مشخص امکان‌پذیر می‌شود.

نمودار حلقهٔ علیتی مربوط به معرفی یک محصول جدید می‌تواند به این شکل باشد:

نمودار حلقهٔ علیتی مربوط به بکارگیری محصول جدید

در این نمودار دو حلقهٔ بازخورد وجود دارد. حلقهٔ تقویت مثبت (که با R برچسب‌زده شده) در سمت راست که نشان می‌دهد هرچه افراد بیشتری در حال حاضر محصول جدید را به‌کار گرفته‌اند، تأثیر حرف دهان قوی‌تر بوده است. همچنین ارجاعات بیشتر به محصول، بازنمود بیشتر، و اظهارنظرهای بیشتری وجود خواهد داشت. این بازخورد مثبت باید فروشی ایجاد کند که به رشد ادامه دهد.

حلقهٔ بازخورد دوم در سمت چپ، تقویت منفی (که با B برچسب‌زده شده) است. روشن است که رشد نمی‌تواند تا ابد ادامه پیدا کند، چون همچنان که افراد بیشتر و بیشتری به‌کار می‌گیرند، آنگاه به‌کارگیرندگان بالقوهٔ کمتر و کمتری باقی خواهند ماند.

هر دوی حلقه‌های بازخورد بطور همزمان عمل می‌کنند، اما در زمان‌های متفاوت می‌توانند مقاومت‌های متفاوتی داشته باشند. بنابراین می‌توان انتظار رشد فروش در سال‌های اولیه و کاهش فروش در سال‌های بعد را داشت.

نمودار حلقهٔ علیتی مربوط به بکارگیری محصول جدید همراه با مقادیر گره‌ها پس از حسابان

در این نمودار حلقهٔ علیتی پویا باید به موارد زیر توجه داشت:

• گام ۱: (+) پیکان‌های سبز نشان می‌دهند که نرخ بکارگیری تابعی از بکارگیرندگان بالقوه و بکارگیرندگان است
• گام ۲: (-) پیکان قرمز نشان می‌دهد که بکارگیرندگان بالقوه با نرخ بکارگیری کاهش پیدا می‌کنند
• گام ۳: (+) پیکان آبی نشان می‌دهد که بکارگیرندگان با نرخ بکارگیری افزایش پیدا می‌کنند

منابع

• Wikipedia contributors, «System dynamics,» Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=System_dynamics&oldid=144666008 (accessed July 15, 2007).

• نظام‌الدین فقیه, سیستم‌های پویا: اصول و تعیین هویت ۹۶۴-۴۵۹-۸۰۶-۷:شابک
• System dynamics، مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیای انگلیسی، برداشت‌شده در ۵ مارس ۲۰۱۲.