پویایی سیستم

پویایی سیستم

روش های سیستمی از الگوهای مبتنی بر تفکر سیستمی استفاده می کنند. این روش در سال ۱۹۵۰ در دانشگاه MIT آمریکا و توسط فارستر ایجاد شد‏. در آن زمان او از این روش در کارهای مهندسی برق خود استفاده می کرد. این روش با در نظر گرفتن روابط بین اجزای سیستم رفتار سیستم را پیش بینی می کند. این الگوها روشی برای فهمیدن و درک رفتار سیستم های پیچیده در طول زمان هستند. چیزی که روش پویایی سیستم را از روش های دیگر متمایز می سازد استفاده از حلقه های بازخورد و متغیرهای جریان و حالت است که در شناخت رفتار سیستم کمک می کنند. اساس این روش این است که شناختن ساختار سیستم – روابط غیرخطی، تاخیرات و بازخوردها – در مشخص کردن رفتار سیستم به اندازه شناختن تک تک اجزا اهمیت دارد. همچنین این روش ادعا می کند خواصی در کل سیستم وجود دارد که آنها را نمی توان در تک تک عناصر یافت. در برخی حالات رفتار کل سیستم نمی تواند بوسیله رفتار اجزای آن شرح داده شود. این روش نتیجه یک نوع نگرش سیستمی  پویا است که برای توسعه محدوده های مدلهای ذهنی و توسعه ابزاری برای فهمیدن اینکه چگونه ساختار یک سیستم پیچیده رفتار آن را ایجاد می کند، استفاده می شود. در راستای ساخت مدل دینامیک تولید و مصرف بنزین مراحل زیر انجام شده است.

مدلسازی پویا بر اساس تئوری پویایی سیستم ها 

فرآیندی که هر مدل ساز برای ایجاد یک مدل پویا دنبال می کند، شامل گام های زیر است:

۱٫مشخص کردن مسأله ای که قرار است مدل شود و انتخاب حدود مسئله

۲٫رسیدن به فرضیه ای پویا در مورد عوامل منجر به بروز مسأله

۳٫فرموله کردن یک مدل شبیه سازی برای آزمون فرضیه پویا

۴٫آزمودن مدل تا هنگامی که از عملکرد صحیح آن مطمئن شویم

۵٫طراحی و ارزیابی سیاست هایی برای بهبود

همچنین از نظر نباید دور داشت در عرضه پیش بینی تحولات آینده، جایگاه شبیه سازی سیستم های پویا در شاخه روش های علمی- ساختاری قرار می گیرد.

گام های انجام فرآیند مدل سازی

۱٫مشخص کردن مسئله ای که قرار است مدل شود و انتخاب حدود مسئله

i)انتخاب موضوع: چرا یک موضوع منجر به مشکل شده است و آیا واقعاً مسئله مهمی است؟

ii)متغیرهای کلیدی: چه متغیرهای کلیدی و مفاهیمی را باید در نظر بگیریم؟

iii)افق زمانی: چه فاصله زمانی در آینده را باید در حل مسئله در نظر بگیریم؟ ریشه های مسأله مربوط به چه زمانی هستند؟

iv)دارائه یک تعریف پویا از مسئله: رفتار تاریخی متغیرهای کلیدی و مفاهیم چیست؟ رفتار آن ها در آینده چگونه خواهد بود؟

۲٫رسیدن به فرضیه ای پویا در مورد عوامل منجر به بروز مسأله:

i)ایجاد یک مدل اولیه از مسأله: تئوری های موجود در مورد رفتار مسأله چیست؟

ii)تمرکز درون زا: فرموله کردن یک تئوری جدید که پویایی را به عنوان نتیجه حلقه بازخور معرفی می نماید.

iii)نگاشت: توسعه ساختار علمی بر مبنای فرضیات اولیه، متغیرهای کلیدی، تعریف پویای مسئله و سایر داده های در دسترس با استفاده از ابزارهایی مانند:

•نمودارهای مرزبندی مدل 

•نمودارهای زیر سیستمی

•نمودارهای حلقه های علی و معلولی 

•نقشه های موجودی و جریان 

•نمودارهای ساختار خط مشی 

•سایر ابزارهای تسهیل کننده

۳٫فرموله کردن یک مدل شبیه سازی برای آزمون فرضیه پویا:

i.تعریف ساختار و قوانین تصمیم گیری

ii.تعیین و تخمین روابط بین پارامترها، عملکردها و شرایط اولیه

iii.آزمون پایایی مدل با توجه به اهداف و مرزها

۴٫آزمون مدل تا هنگامی که از عملکرد صحیح آن مطمئن شویم:

i.مقایسه با تعریف پویای مسئله: آیا مدل قادر است رفتار مسئله را در حد کفایت برای اهداف شما پیش بینی نماید؟

ii.توانایی در شرایط حدی: آیا وقتی مدل با شرایط حدی مواجه می شود، از خود رفتار مناسبی نشان می دهد؟

iii.حساسیت: مدل در برخورد با عدم قطعیت در پارامترها، شرایط اولیه، مرزهای مدل و ترکیبی از این ها چگونه رفتار می کند؟

iv.سایر آزمون ها

۱٫طراحی و ارزیابی سیاست هایی برای بهبود:

a)تعریف سناریوهای مختلف: چه شرایط مختلفی ممکن است حادث شوند؟

b)طراحی خط مشی: چه قوانین تصمیم گیری، استراتژی ها و ساختار جدیدی ممکن است در دنیای واقعی به وجود آیند؟ چگونه می توان آن ها را در مدل نمایش داد؟

c)تجزیه و تحلیل »چه می شود، اگر  «تأثیر خط مشی های مختلف چیست؟ 

d)تحلیل حساسیت: خط مشی های مختلف در سناریوهای مختلف تا چه حد بدون تغییر خواهند ماند؟

(استرمن، ۲۰۰۰)

معرفی گام هایی که برای ساخت مدل لازم است به این معنی نیست که پس از انجام هر گام، دیگر نیازی به تجدیدنظر در نتایج به دست آمده وجود ندارد، بلکه باید توجه نمود که مدل سازی یک فرآیند تکراری، رفت و برگشتی و دارای بازخور است.  (استرمن، ۲۰۰۰)

هر مدل نیاز به بازنگری آزمایش و تغییرات دارد.

در هر گام از انجام مدل سازی ممکن است نیاز به بازبینی کل کار، آزمون و بازگشت به گام های قبلی پیش آید. این فرآیند تکراری باعث ایجاد بهبودهای چشمگیر در طرح اولیه شده و هر چه زمان و انرژی در این پژوهش از نرم افزار Vensim نیز به عنوان جدیدترین و پیشرفته ترین نرم افزار مدل سازی پویا جهت مدل کردن مسئله تخصیص گاز به حوزه های مختلف مصرف بر اساس متغیرهای اثرگذار در اتخاذ سیاستهای تخصیص استفاده شده است.

روایی و اعتبار در م
دل های پویا

استرمن می گوید تمام مدل ها به این سبب که ساده شده دنیای واقعی هستند و بسیاری از متغیرها و پارامترهای آن ها حذف شده است، نادرست هستند. با این حال مدل های شبیه ساز سیستم های واقعی همگی ناکامل بوده و توانایی بروز رفتار مدل واقعی را ندارند، اما هر مدل می تواند بخشی از رفتار سیستم واقعی را بازسازی نماید. 

در صورتی که خواسته های طراح مدل در مورد شبیه سازی سیستم واقعی به درستی در مدل گنجانده شده باشند، می توان امیدوار بود که مدل توانایی شبیه سازی رفتار سیستم در مورد زمینه مورد نظر طراح را داشته باشد. (هومر، ۱۹۹۶)

این امیدواری را می توان با انجام چند آزمون روی مدل بیشتر نمود و در نتیجه اطمینان نسبت به نتایج تولید شده توسط مدل را افزایش داد. تا کنون روش های مختلفی برای ارزیابی صحت مدل ها ارائه شده است که از آن جمله می توان به آزمون های معرفی شده توسط فورستر، دسته بندی انجام شده توسط فورستر و سنج و روش های معرفی شده توسط بارلاس اشاره نمود. (فارستر، ۱۹۷۳)، (فارستر و سیج، ۱۹۸۰) و (استرمن، ۲۰۰۰)

دسته بندی کلی ارائه شده توسط فورستر و سنج، آزمون ها را در سه دسته جای داده است. (فارستر و سیج، ۱۹۸۰)

۱٫آزمون های ساختار مدل

۲٫آزمون های رفتار مدل

۳٫آزمون های بررسی صحت اهداف و سیاست های مدل