系統動力學(動力學系統)

系統動力學

動力學系統一般指本詞條

系統動力學(簡稱SD—system dynamics)的出現於1956年,創始人為美國麻省理工學院(MIT)的福瑞斯特(J.W.Forrester)教授。系統動力學是福瑞斯特教授於1958年為分析生產管理及庫存管理等企業問題而提出的系統仿真方法,最初叫工業動態學。是一門分析研究信息反饋系統的學科,也是一門認識系統問題和解決系統問題的交叉綜合學科。從系統方法論來說:系統動力學是結構的方法、功能的方法和歷史的方法的統一。它基於系統論,吸收了控制論、資訊理論的精髓,是一門綜合自然科學社會科學的橫向學科。

系統動力學(system dynamics)運用“凡系統必有結構,系統結構決定系統功能”的系統科學思想,根據系統內部組成要素互為因果的反饋特點,從系統的內部結構來尋找問題發生的根源,而不是用外部的干擾或隨機事件來說明系統的行為性質。

基本介紹

  • 中文名:系統動力學
  • 外文名:system dynamics
  • 發現時間:1956年
  • 創始人美國麻省理工學院的福瑞斯特
發展歷史,理解,六種流,系統原理,資訊理論,概述,什麼是信息,控制論,協同論,研究內容,學科介紹,系統論,結構論,

發展歷史

系統動力學(簡稱SD—system dynamics)
系統動力學
1956年出現,創始人為美國麻省理工學院(MIT)的福瑞斯特(J.W.Forrester)教授,他為分析生產管理及庫存管理等企業問題而提出的系統仿真方法,最初叫工業動態學。
1961年,福瑞斯特發表的《工業動力學》(industrial dynamics)成為經典著作。
隨後,系統動力學套用範圍日益擴大,幾乎遍及各個領域,逐漸形成了比較成熟的新學科——系統動力學

理解

系統動力學對問題的理解,是基於系統行為與內在機制間的相互緊密的依賴關係,並且透過數學模型的建立與操弄的過程而獲得的,逐步發掘出產生變化形態的因、果關係,系統動力學稱之為結構。所謂結構是指一組環環相扣的行動或決策規則所構成的網路,例如指導組織成員每日行動與決策的一組相互關聯的準則、慣例或政策,這一組結構決定了組織行為的特性。構成系統動力學模式結構的主要元件包含下列幾項,“流”(flow)、“積量”(level)、“率量” (rate)、“輔助變數”(auxiliary) (Forrester, 1961)。
系統動力學

六種流

系統動力學將組織中的運作,以六種流來加以表示,包括訂單(order)流、人員(people)流、資金(money)流、設備(equipment)流、物料流 (material)與信息(information)流,這六種流歸納了組織運作所包含的基本結構。積量表示真實世界中,可隨時間遞移而累積或減少的事物,其中包含可見的,如存貨水平、人員數;與不可見的,如認知負荷的水平或壓力等,它代表了某一時點,環境變數的狀態,是模式中資訊的來源;率量表示某一個積量,在單位時間內量的變化速率,它可以是單純地表示增加、減少或是淨增加率,是資訊處理與轉換成行動的地方;輔助變數在模式中有三種涵意,資訊處理的中間過程、參數值、模式的輸入測試函式。其中,前兩種涵意都可視為率量變數的一部分。 系統動力學的建模基本單位-資訊回饋環路結構的基本組成是資訊回饋環路(information feedback loops)。環路是由現況、目標以及現況(積量)與目標間差距所產生的調節行動(率量)所構成的,環路行為的特性在消弭目標與現況間的差距,例如存貨的調節環路。除了目標追尋的負環外,還有一種具有自我增強(self-reinforced)的正回饋環路,即因果彼此相互增強的影響關係,系統的行為則是環路間彼此力量消長的過程。但除此之外結構還須包括時間滯延(time delay)的過程,如組織中不論是實體的過程例如生產、運輸、傳遞等,或是無形的過程例如決策過程,以及認知的過程等都存在著或長或短的時間延遲。系統動力學的建模過程,主要就是透過觀察系統內六種流的互動運作過程,討論不同流里,其積量的變化與影響積量的各種率量行為。
系統動力學

系統原理

聖吉的理論基礎,來源於他的導師佛里斯特提出的系統動力學(System Dynamics)。所謂系統動力學,就是對整體運作本質的思考方式,把結構的方法、功能的方法和歷史的方法融為一個整體,其目的在於提升人類組織的“群體智力”。它與混沌理論(Chaos Theory)和複雜性科學(Science of Complexity)所探討的內容相同。
佛里斯特在20世紀中期,對一系列社會經濟問題進行系統動力學的創造性研究,取得了令人矚目的成績。1958年,他發表的論文《工業動力學—決策的一個重要突破口》,首次把系統動力學運用於工業研究;1965年,他又發表論文《企業的新設計》,進一步深化了系統動力學在工業中的運用;1968年,他出版的《系統原理》一書,全面論述了系統動力學的基本原理和方法,至此,系統動力學從理論上整體完成;1971年,他又把研究的對象延伸到了世界範圍,出版《世界動力學》一書,提出了研究全球發展問題的“世界模型”(World Model)。
眾所周知,在20世紀60~70年代,羅馬俱樂部曾經探討過人類目前及未來所面臨的困境,並提出了“增長的極限”這一重要理念。結果他們發現問題太過複雜,根本無法思考。最後佛里斯特運用他的系統動力學理論,以五個重要因素建立了系統動力模擬的“世界模型Ⅱ”。《增長的極限》這本探討人類困境的未來學著作,就是佛里斯特的弟子梅多斯(D.H.Meadows)等人完成的,其中進一步提出了更為細緻的“世界模型Ⅲ”。這兩個模型在世界範圍內引起了極大的反響。繼“世界模型”之後,佛里斯特等又開始進行歷時十多年的美國“國家模型”研究,運用他的方法,在總量經濟學和個體經濟學之間架起了橋樑。
系統動力學是在總結運籌學的基礎上,為適應現代社會系統的管理需要而發展起來的。它不是依據抽象的假設,而是以現實世界的存在為前提,不追求“最佳解”,而是從整體出發尋求改善系統行為的機會和途徑。從技巧上說,它不是依據數學邏輯的推演而獲得答案,而是依據對系統的實際觀測信息建立動態的仿真模型,並通過計算機試驗來獲得對系統未來行為的描述。簡單而言,“系統動力學是研究社會系統動態行為的計算機仿真方法”。具體而言,系統動力學包括如下幾點。①系統動力學將生命系統和非生命系統都作為信息反饋系統來研究,並且認為,在每個系統之中都存在著信息反饋機制,而這恰恰是控制論的重要觀點,所以,系統動力學是以控制論為理論基礎的;②系統動力學把研究對象劃分為若干子系統,並且建立起各個子系統之間的因果關係網路,立足於整體以及整體之間的關係研究,以整體觀替代傳統的元素觀;③系統動力學的研究方法是建立計算機仿真模型—流圖和構造方程式,實行計算機仿真試驗,驗證模型的有效性,為戰略與決策的制定提供依據。
作為佛里斯特的弟子,聖吉的“第五項修煉”採取了系統動力學的哲學理念,但大大簡化了系統的模型結構(聖吉的著作中,所謂模型,往往是一個非常簡單的環狀反饋示意圖),而且把直覺、感悟和意念引入思考方式。這樣,他把艱深的系統動力學轉變為人人易懂的系統思考,並在企業組織中實踐和推廣。
聖吉的“組織學習實驗室”,實際上就是一個簡化並壓縮了的系統動力模擬實驗,他稱之為“微世界”(Microworld)。在這裡,進行“修煉”的經理可以嘗試各種可能的構想、策略所發生的情景變化,以及其中可能出現的各種搭配。聖吉將這裡視為組織創造與學習的演練場。在這種實驗室中,可以把長期的演變發展過程加以“壓縮”觀察,進而尋求解決之道,也可以用於許多與人有關的變數研究。其最終目的,正如聖吉自己比喻的那樣,類似於孩子遊戲,通過蹺蹺板學習槓桿原理,通過盪鞦韆學習鐘擺原理,通過“過家家”掌握社會系統。
20世紀湧現出了許多新的管理思想,聖吉提出的第五項修煉是比較特別的一種。其特別之處就在於它專注於複雜現象背後的整體和本質,並尋求問題的“真解”。聖吉的五項修煉是一個系統思考的整體。所謂“修煉”,不僅僅是一種技術訓練,更是一種理念培養。系統思考有助於將五項修煉更好地結合起來,探究各項修煉之間的互動關係,並不斷探究如何使整體效用發揮到最大。五項修煉的真正目的,在於實現個人與組織之間的和諧,並最終促進人的發展和價值的真正實現。
聖吉的組織修煉思想與方法,一方面在許多企業中得到推廣運用,另一方面也受到了許多管理學家的質疑。其中,最重要的就是羅伯特·路易斯·佛勒德(Robert Louis Flood)的《反思第五項修煉》(有中信出版社和廣西師大出版社兩個漢譯版本)。佛勒德也是從系統思維出發,但他認為聖吉的思考過於狹隘。佛勒德對聖吉的挑戰是從下列觀點展開的:在貌似難以捉摸的複雜性之下,存在著一種潛在的秩序,這種秩序毋寧說隱含著簡單性。運用開放系統理論,完全可以了解這種秩序。由此,他對聖吉的觀點進行了修正,以求提高人類應對複雜世界的能力,這種修正的最終目標是,對不可管理的事物實施管理,對不可組織的事物進行組織,對不可了解的事物加以了解。當然,這種批評是對聖吉的延伸和矯正,而不是對聖吉的否定。掌握這種批評,有助於人們更好地認識聖吉的思想。

資訊理論

概述

是運用機率論與數理統計的方法研究信息、信息熵、通信系統、數據傳輸、密碼學、數據壓縮等問題的套用數學學科
資訊理論將信息的傳遞作為一種統計現象來考慮,給出了估算通信信道容量的方法。信息傳輸和信息壓縮是資訊理論研究中的兩大領域。這兩個方面又由信息傳輸定理、信源-信道隔離定理相互聯繫。

什麼是信息

信息現代定義。[2006年,醫學信息(雜誌),鄧宇等].
信息是物質、能量、信息及其屬性的標示。逆維納信息定義
信息是確定性的增加。逆香農信息定義
信息是事物現象及其屬性標識的集合。2002年

控制論

控制論是研究動物(包括人類)和機器內部的控制與通信的一般規律的學科,著重於研究過程中的數學關係。它是綜合研究各類系統的控制、信息交換、反饋調節的科學,是跨及人類工程學、控制工程學、通訊工程學、計算機工程學、一般生理學、神經生理學、心理學、數學、邏輯學、社會學等眾多學科的交叉學科。

協同論

研究內容

主要研究遠離平衡態的開放系統在與外界有物質或能量交換的情況下,如何通過自己內部協同作用,自發地出現時間、空間和功能上的有序結構。協同論以現代科學的最新成果——系統論、資訊理論、控制論、突變論等為基礎,吸取了結構耗散理論的大量營養,採用統計學和動力學相結合的方法,通過對不同的領域的分析,提出了多維相空間理論,建立了一整套的數學模型和處理方案,在微觀到巨觀的過渡上,描述了各種系統和現象中從無序到有序轉變的共同規律。

學科介紹

協同論是研究不同事物共同特徵及其協同機理的新興學科,是近十幾年來獲得發展並被廣泛套用的綜合性學科。它著重探討各種系統從無序變為有序時的相似性。協同論的創始人哈肯說過,他把這個學科稱為“協同學”,一方面是由於我們所研究的對象是許多子系統的聯合作用,以產生巨觀尺度上結構和功能;另一方面,它又是由許多不同的學科進行合作,來發現自組織系統的一般原理。

系統論

是研究系統的一般模式,結構和規律的學問,它研究各種系統的共同特徵,用數學方法定量地描述其功能,尋求並確立適用於一切系統的原理、原則和數學模型,是具有邏輯和數學性質的一門新興的科學。

結構論

研究系統的結構、功能與發生演變及其相互關係的規律,也稱為泛進化或自組織系統的結構理論(曾邦哲1986-1994年發展的系統綜合理論),探討系統的結構本原模型、適應穩態結構、系統層次的組織建構,以及實在系統與符號系統對應轉換關係,探討系統科學的邏輯學基礎,以及宇宙、生命、文明的信息組織化過程的結構演變規律。

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