Systemdynamik

Dynamisches Bestands- und Flussdiagramm des Modells Neue Produkteinführung (Modell aus Artikel von John Sterman 2001)

Systemdynamik (SD) ist ein Ansatz zum Verständnis der nichtlinear Verhalten von Komplexe Systeme im Laufe der Zeit Aktien, Flüsse, intern Rückkopplungsschleifen, Tabellenfunktionen und Zeitverzögerungen.[1]

Überblick

Systemdynamik ist eine Methodik- und mathematische Modellierungstechnik, um komplexe Probleme und Probleme zu rahmen, zu verstehen und zu diskutieren. SD, das ursprünglich in den 1950er Jahren entwickelt wurde, um Unternehmensmanagern ihr Verständnis von industriellen Prozessen zu verbessern, wird derzeit im gesamten öffentlichen und privaten Sektor für die Richtlinienanalyse und das Design verwendet.[2]

Praktisch grafische Benutzeroberfläche (GUI) Systemdynamik -Software entwickelt sich in den neunziger Jahren zu benutzerfreundlichen Versionen und wurde auf verschiedene Systeme angewendet. SD -Modelle lösen das Problem der Gleichzeitigkeit (gegenseitige Verursachung) durch Aktualisierung aller Variablen in kleinen Zeitschritten mit positiven und negativen Rückkopplungen und Zeitverzögerungen der Strukturierung der Wechselwirkungen und der Kontrolle. Das bekannteste SD -Modell ist wahrscheinlich das 1972 Die Grenzen des Wachstums. Dieses Modell prognostiziert, dass das exponentielle Wachstum von Bevölkerung und Kapital mit endlichen Ressourcenquellen und -senkern und Wahrnehmungsverzögerungen im 21. Jahrhundert unter einer Vielzahl von Wachstumsszenarien zu einem wirtschaftlichen Zusammenbruch führen würde.

Systemdynamik ist ein Aspekt von Systemtheorie als Methode, um das dynamische Verhalten komplexer Systeme zu verstehen. Die Grundlage der Methode ist die Erkennung, dass die Struktur eines Systems, die vielen kreisförmigen, ineinandergreifenden, manchmal zeitverzögerten Beziehungen zwischen seinen Komponenten, häufig genauso wichtig ist, um ihr Verhalten zu bestimmen wie die einzelnen Komponenten selbst. Beispiele sind Chaostheorie und soziale Dynamik. Es wird auch behauptet, dass es in einigen Fällen in einigen Fällen, die nicht unter den Eigenschaften der Elemente zu finden sind, in einigen Fällen das Verhalten des Ganzen im Hinblick auf das Verhalten der Teile nicht erklärt werden kann, da es häufig Eigenschaften der Gesamtheit gibt.

Geschichte

Die Systemdynamik wurde Mitte der 1950er Jahre erstellt[3] von Professor Jay Forrester des Massachusetts Institute of Technology. 1956 nahm Forrester eine Professur in der neu gegründeten MIT Sloan School of Management. Sein ursprüngliches Ziel war es zu bestimmen, wie sein Hintergrund in Wissenschaft und Ingenieurwesen auf nützliche Weise zu den Kernproblemen, die den Erfolg oder Misserfolg von Unternehmen bestimmen, auf nützliche Weise gebracht werden konnten. Forresters Einblicke in die gemeinsamen Fundamente, die Engineering zugrunde liegen, was zur Schaffung der Systemdynamik führte General Electric (GE) Mitte der 1950er Jahre. Zu dieser Zeit waren die Manager von GE ratlos, weil die Beschäftigung in ihren Geräteanlagen in Kentucky einen erheblichen Dreijahreszyklus zeigte. Das Konjunktur wurde als unzureichende Erklärung für die Beschäftigungsinstabilität beurteilt. Aus Handsimulationen (oder Berechnungen) der Bestandsstruktur der GE-Pflanzen, die die bestehende Entscheidungsstruktur für Unternehmensentscheidungen für Einstellungen und Entlassungen umfasste Struktur des Unternehmens und nicht zu einer externen Kraft wie des Geschäftszyklus. Diese Handsimulationen waren der Beginn des Bereichs der Systemdynamik.[2]

In den späten 1950er und frühen 1960er Jahren verlegten Forrester und ein Team von Doktoranden das aufstrebende Feld der Systemdynamik von der Handsimulationsphase in die formale Computermodellierung Bühne. Richard Bennett erstellte im Frühjahr 1958 die erste Systemdynamik -Computer -Modellierungssprache (Simple Simulation of Industrial Management mit vielen Gleichungen). 1959,,,,,, Phyllis Fox und Alexander Pugh schrieb die erste Version vonDYNAMO (Dynamische Modelle), eine verbesserte Version von Simple, und die Systemdynamiksprache wurde über dreißig Jahre zum Branchenstandard. Forrester veröffentlichte das erste und immer noch klassische Buch in diesem Feld mit dem Titel " Industriedynamik 1961.[2]

Von den späten 1950er Jahren bis Ende der 1960er Jahre wurde die Systemdynamik fast ausschließlich auf Unternehmens-/Managementprobleme angewendet. Im Jahr 1968 veranlasste ein unerwartetes Auftreten jedoch, dass sich das Feld über die Unternehmensmodellierung hinaus erweiterte. John F. CollinsDer ehemalige Bürgermeister von Boston wurde zum Gastprofessor für städtische Angelegenheiten am MIT ernannt. Das Ergebnis der Collins-Forrester-Zusammenarbeit war ein Buch mit dem Titel " Urban Dynamics. Das Urban Dynamics Das in dem Buch vorgestellte Modell war die erste große Anwendung der Systemdynamik nicht-Unternehmens.[2]

Die zweite Hauptanwendung der Systemdynamik ohne Unternehmen kam kurz nach dem ersten. 1970 wurde Jay Forrester von der eingeladen Club von Rom zu einem Treffen in Bern, Schweiz. Der Club von Rom ist eine Organisation, die der Lösung dessen widmet, was seine Mitglieder als "Zwangslage der Menschheit" bezeichnen - das heißt, die globale Krise, die aufgrund der Anforderungen der Erde irgendwann in Zukunft erscheinen könnte Tragfähigkeit (seine Quellen erneuerbarer und nicht erneuerbarer Ressourcen und ihre Senken für die Entsorgung von Schadstoffen) durch die exponentiell wachsende Bevölkerung der Welt. Beim Bern -Meeting wurde Forrester gefragt, ob die Systemdynamik zur Bekämpfung der Zwangslage der Menschheit verwendet werden könnte. Seine Antwort war natürlich, dass es konnte. Im Flugzeug zurück vom Bern -Meeting schuf Forrester den ersten Entwurf eines Systemdynamikmodells des weltweiten sozioökonomischen Systems. Er nannte dieses Modell World1. Nach seiner Rückkehr in die Vereinigten Staaten verfeinerte Forrester World1, um sich auf einen Besuch des MIT durch Mitglieder des Clubs von Rom vorzubereiten. Forrester nannte die raffinierte Version des Modells World2. Forrester veröffentlichte World2 in einem Buch mit dem Titel " Weltdynamik.[2]

Themen in der Systemdynamik

Die primären Elemente von Systemdynamikdiagrammen sind Feedback, Akkumulation von Strömen in Aktien und Zeitverzögerungen.

Stellen Sie sich als Illustration der Verwendung der Systemdynamik eine Organisation vor, die ein innovatives neues, langlebiges Konsumgüterprodukt einführen will. Die Organisation muss die mögliche Marktdynamik verstehen, um Marketing- und Produktionspläne zu entwerfen.

Kausalschleifendiagramme

In der Systemdynamikmethode kann ein Problem oder ein System (z. B. Ökosystem, politisches System oder mechanisches System) als dargestellt werden Kausalschleifendiagramm.[4] Ein kausales Schaltendiagramm ist eine einfache Karte eines Systems mit all seinen Bestandteilen und deren Wechselwirkungen. Durch Erfassen von Wechselwirkungen und folglich die Rückkopplungsschleifen (siehe Abbildung unten) zeigt ein kausales Schleimschaltbild die Struktur eines Systems. Durch das Verständnis der Struktur eines Systems ist es möglich, das Verhalten eines Systems über einen bestimmten Zeitraum zu ermitteln.[5]

Das kausale Schaltendiagramm der Einführung des neuen Produkts kann wie folgt aussehen:

Kausalschleifungsdiagramm von Neue Produkteinführung Modell

Es gibt zwei Rückkopplungsschleifen in diesem Diagramm. Die positive Verstärkung (gekennzeichnet R) -Schloop auf der rechten Seite zeigt, dass je mehr Menschen das neue Produkt übernommen haben, desto stärker die Mundpropaganda auswirkt. Es wird mehr Hinweise auf das Produkt, mehr Demonstrationen und weitere Bewertungen geben. Dieses positive Feedback sollte Verkäufe generieren, die weiter wachsen.

Die zweite Rückkopplungsschleife auf der linken Seite ist eine negative Verstärkung (oder "Balancing" und damit mit B). Das Wachstum kann eindeutig nicht für immer fortgesetzt werden, denn da immer mehr Menschen anwenden, gibt es immer weniger potenzielle Anwender.

Beide Rückkopplungsschleifen wirken gleichzeitig, können jedoch zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Stärken haben. Daher könnte man in den ersten Jahren einen wachsenden Umsatz erwarten und dann in den späteren Jahren den Umsatz sinken. Im Allgemeinen spezifiziert ein kausales Schleifendiagramm jedoch nicht die Struktur eines Systems ausreichend, um die Bestimmung seines Verhaltens aus der visuellen Darstellung allein zu ermöglichen.[6]

Lager- und Flussdiagramme

Kausalschleifendiagramme helfen bei der Visualisierung der Struktur und des Verhaltens eines Systems und der qualitativen Analyse des Systems. Um eine detailliertere quantitative Analyse durchzuführen, wird ein kausales Schaltplan in a transformiert Lager und Fluss Diagramm. Ein Aktien- und Durchflussmodell hilft bei der Untersuchung und Analyse des Systems quantitativ; Solche Modelle werden normalerweise mit Computersoftware erstellt und simuliert.

Eine Aktie ist der Begriff für jedes Unternehmen, das sich im Laufe der Zeit ansammelt oder erschöpft. Ein Fluss ist die Änderungsrate einer Aktie.

Ein Fluss ist die Akkumulationsrate der Aktie

In unserem Beispiel gibt es zwei Aktien: potenzielle Anwender und Anwender. Es gibt einen Fluss: Neue Anwender. Für jeden neuen Anwender nimmt der Bestand an potenziellen Anwendern um eins ab, und der Bestand der Anwender steigt um eins.

Lager- und Flussdiagramm von Neue Produkteinführung Modell

Gleichungen

Die wahre Leistung der Systemdynamik wird durch Simulation verwendet. Obwohl es möglich ist, die Modellierung in a durchzuführen Kalkulationstabelle, Es gibt eine Vielfalt der Software Pakete, die dafür optimiert wurden.

Die in eine Simulation beteiligten Schritte sind:

  • Definieren Sie die Problemgrenze
  • Identifizieren Sie die wichtigsten Aktien und Flüsse, die diese Aktienniveaus ändern
  • Informationen zu Informationsquellen identifizieren, die sich auf die Strömungen auswirken
  • Identifizieren Sie die wichtigsten Rückkopplungsschleifen
  • Zeichnen Sie ein kausales Schaltendiagramm, das die Aktien, Strömungen und Informationsquellen verknüpft
  • Schreiben Sie die Gleichungen, die die Strömungen bestimmen
  • Schätzen Sie die Parameter und Anfangsbedingungen. Diese können anhand statistischer Methoden, Expertenmeinung, Marktforschungsdaten oder anderen relevanten Informationsquellen geschätzt werden.[7]
  • Simulieren Sie das Modell und analysieren Sie die Ergebnisse.

In diesem Beispiel sind die Gleichungen, die die beiden Aktien über den Fluss ändern,:

  

Gleichungen in der diskreten Zeit

Liste aller Gleichungen in Diskrete Zeit, in ihrer Ausführungsreihenfolge in jedem Jahr für die Jahre 1 bis 15:

      
  

Dynamische Simulationsergebnisse

Die dynamischen Simulationsergebnisse zeigen, dass das Verhalten des Systems wachsen würde Adoptter Das folgt einer klassischen S-Kurve-Form.
Die Zunahme von Adoptter ist anfangs sehr langsam, dann ein exponentielles Wachstum für einen Zeitraum, der letztendlich durch Sättigung gefolgt ist.

Dynamisches Bestands- und Flussdiagramm von Neue Produkteinführung Modell
Aktien und Flüssewerte für Jahre = 0 bis 15

Gleichungen in kontinuierlicher Zeit

Um Zwischenwerte und bessere Genauigkeit zu erhalten, kann das Modell in kontinuierlicher Zeit ausgeführt werden: Wir multiplizieren die Anzahl der Zeiteinheiten und teilen proportional Werte, die die Aktienniveaus ändern. In diesem Beispiel multiplizieren wir die 15 Jahre mit 4 Jahren, um 60 Quartale zu erhalten, und teilen den Wert des Flusses um 4.
Das Teilen des Wertes ist am einfachsten mit dem Euler -Methode, aber stattdessen könnten andere Methoden angewendet werden, wie z. RUNGE -KUTTA -Methoden.

Liste der Gleichungen in kontinuierlicher Zeit für Trimester = 1 bis 60:

  • Sie sind die gleichen Gleichungen wie im Abschnitt Gleichung in der diskreten Zeit Oben außer Gleichungen 4.1 und 4.2 ersetzt durch folgende:
   
 
  • Im folgenden Bestands- und Durchflussdiagramm berechnet das mittlere Durchfluss -Ventil -Neuanwender die Gleichung:
 
Dynamisches Bestands- und Flussdiagramm von Neue Produkteinführung Modell in kontinuierlicher Zeit

Anwendung

Die Systemdynamik hat beispielsweise in einer Vielzahl von Bereichen eine Anwendung gefunden Population, Landwirtschaft,[8] ökologisch und wirtschaftlich Systeme, die normalerweise stark miteinander interagieren.

Die Systemdynamik hat verschiedene "Rückseite der Umschlag" -Managementanwendungen. Sie sind ein starkes Werkzeug für:

  • Unterrichten Systemdenken Reflexe für Personen, die trainiert werden
  • Annahmen analysieren und vergleichen und Mentale Modelle über die Funktionsweise der Dinge funktionieren
  • Erhalten Sie qualitative Einblicke in die Funktionsweise eines Systems oder die Folgen einer Entscheidung
  • Erkennen Sie Archetypen dysfunktionaler Systeme in der täglichen Praxis

Computersoftware wird verwendet simulieren eine Systemdynamik Modell der Situation, die untersucht wird. Das Ausführen von "Was ist, wenn" Simulationen zum Testen bestimmter Richtlinien für ein solches Modell testen können, um zu verstehen, wie sich das System im Laufe der Zeit verändert. Die Systemdynamik ist sehr ähnlich zu Systemdenken und konstruiert das gleiche Kausalschleifendiagramme von Systemen mit Feedback. Die Systemdynamik geht jedoch typischerweise weiter und verwendet Simulation, um das Verhalten von Systemen und die Auswirkungen alternativer Richtlinien zu untersuchen.[9]

Die Systemdynamik wurde verwendet, um Ressourcenabhängigkeiten und daraus resultierende Probleme bei der Produktentwicklung zu untersuchen.[10][11]

Ein Systemdynamikansatz für Makroökonomie, bekannt als Minsky, wurde vom Ökonom entwickelt Steve Keen.[12] Dies wurde verwendet, um das weltwirtschaftliche Verhalten erfolgreich aus der offensichtlichen Stabilität des Tolle Mäßigung Auf plötzlich unerwartet Finanzkrise von 2007–08.

Beispiel: Wachstum und Rückgang der Unternehmen

Kausalschleifendiagramm eines Modells, das das Wachstum oder Rückgang einer Lebensversicherungsgesellschaft untersucht.[13]

Die obige Abbildung ist ein kausales Schaltendiagramm eines Systemdynamikmodells, das zur Untersuchung von Kräften erstellt wurde, die für das Wachstum oder den Rückgang von verantwortlich sein können Lebensversicherung Unternehmen in der Vereinigtes Königreich. Einige der Funktionen dieser Figur sind erwähnenswert. Das erste ist, dass die negativen Rückkopplungsschleifen des Modells durch identifiziert werden C's, was für Entgegenwirken Schleifen. Die zweite ist, dass Doppelstriche verwendet werden, um Orte anzuzeigen, an denen eine signifikante Verzögerung zwischen den Ursachen (d. H. Variablen an den Schwänzen von Pfeilen) und Effekte (d. H. Variablen an den Köpfen der Pfeile) besteht. Dies ist eine häufige Kausalschleifungsdiagrammkonvention in der Systemdynamik. Drittens ist, dass dickere Linien verwendet werden, um die Rückkopplungsschleifen und Links zu identifizieren, auf die sich das Publikum konzentriert. Dies ist auch eine gemeinsame Systemdynamik -Diagrammkonvention. Zuletzt ist es klar, dass ein Entscheidungsträger es unmöglich fällt, das dynamische Verhalten durch die Inspektion der Figur allein durchzudenken.[13]

Beispiel: Kolbenbewegung

  1. Ziel: Untersuchung eines Kurbelverbindungsstabsystems.
    Wir möchten ein Crank-Connecting-Stabsystem über ein Systemdynamikmodell modellieren. Es können zwei verschiedene vollständige Beschreibungen des physischen Systems mit verwandten Gleichungssystemen gefunden werden hier (auf Englisch) und hier (auf Französisch); Sie geben die gleichen Ergebnisse. In diesem Beispiel treibt die Kurbel mit variablem Radius und Winkelfrequenz einen Kolben mit einer variablen Verbindungsstablänge an.
  2. Systemdynamische Modellierung: Das System wird jetzt gemäß einer dynamischen Logik der Aktien- und Durchflusssysteme modelliert.
    Die folgende Abbildung zeigt das Bestands- und Flussdiagramm
    Lager- und Durchflussdiagramm für die Kurbelverbindungssystemsystem
  3. Simulation: Das Verhalten des dynamischen Systems der Kurbelverbindung kann dann simuliert werden.
    Die nächste Abbildung ist eine 3D -Simulation, die mit der Verwendung erstellt wurde prozedurale Animation. Variablen des Modells animieren alle Teile dieser Animation: Kurbel, Radius, Winkelfrequenz, Stangenlänge und Kolbenposition.
3d prozedurale Animation des in 2 modellierten Kurbelverbindungsstangensystems

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "MIT -Systemdynamik im Bildungsprojekt (SDEP)".
  2. ^ a b c d e Michael J. Radzicki und Robert A. Taylor (2008). "Ursprung der Systemdynamik: Jay W. Forrester und die Geschichte der Systemdynamik". Im: Einführung in die Systemdynamik des US -Energieministeriums der US -Energieministerium. Abgerufen am 23. Oktober 2008.
  3. ^ Forrester, Jay (1971). Gegenintuitives Verhalten sozialer Systeme. Technology Review 73 (3): 52–68
  4. ^ Sterman, John D. (2000). Geschäftsdynamik: Systemdenken und Modellierung für eine komplexe Welt. Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-231135-5.
  5. ^ Wiesen, Donella. (2008). Denk in Systemen denken: ein Primer. ERDSCAN
  6. ^ Richardson, G. P. (1986). "Probleme mit Kausalschleifendiagrammen". System. Dyn. Rev. 2 (2): 158–170. doi:10.1002/sdr.4260020207.
  7. ^ Sterman, John D. (2001). "Systemdynamikmodellierung: Tools zum Lernen in einer komplexen Welt". California Management Review. 43 (4): 8–25. doi:10.2307/41166098. JStor 41166098. S2CID 4637381.
  8. ^ F.H.A. Rahim, N. N. Hawari und N. Z. Abidin, "Angebot und Reisnachfrage in Malaysia: Ein Systemdynamikansatz", International Journal of Supply Chain and Management, Vol.6, Nr. 4, S. 234-240, 2017.
  9. ^ Systemdynamikgesellschaft
  10. ^ Repenning, Nelson P. (2001). "Verständnis von Feuerwehrkämpfen in der Entwicklung neuer Produkte" (PDF). Das Journal of Product Innovation Management. 18 (5): 285–300. doi:10.1016/s0737-6782 (01) 00099-6. HDL:1721.1/3961.
  11. ^ Nelson P. Repenning (1999). Ressourcenabhängigkeit bei der Verbesserung der Produktentwicklung, MIT Sloan School of Management Department of Operations Management/System Dynamics Group, Dezember 1999.
  12. ^  [1]Minsky-Projekt des Monats Januar 2014. Interview mit dem Minsky Development Team. Zugriff auf Januar 2014
  13. ^ a b Michael J. Radzicki und Robert A. Taylor (2008). "Feedback". Im: Einführung in die Systemdynamik des US -Energieministeriums der US -Energieministerium. Abgerufen am 23. Oktober 2008.

Weitere Lektüre

  • Kypuros, Javier (2013). Systemdynamik und Steuerung mit Bond -Diagramm -Modellierung. Boca Raton: Taylor & Francis. ISBN 978-1466560758.
  • Forrester, Jay W. (1961). Industriedynamik. Pegasus -Kommunikation. ISBN 978-1-883823-36-8.
  • Forrester, Jay W. (1969). Urban Dynamics. Pegasus -Kommunikation. ISBN 978-1-883823-39-9.
  • Meadows, Donella H. (1972). Wachstumsgrenzen. New York: Universitätsbücher. ISBN 978-0-87663-165-2.
  • Morecroft, John (2007). Strategische Modellierung und Geschäftsdynamik: Ein Feedback -Systemansatz. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-01286-4.
  • Roberts, Edward B. (1978). Managementanwendungen der Systemdynamik. Cambridge: MIT Press. ISBN 978-0-262-18088-7.
  • Randers, Jorgen (1980). Elemente der Systemdynamikmethode. Cambridge: MIT Press. ISBN 978-0-915299-39-3.
  • Senge, Peter (1990). Die fünfte Disziplin. Währung. ISBN 978-0-385-26095-4.
  • Sterman, John D. (2000). Geschäftsdynamik: Systemdenken und Modellierung für eine komplexe Welt. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-231135-8.

Externe Links