ST 5.2 系統動力學概述

5.2.1 發展歷史

1956年，具有計算機科學和控制工程背景的福里斯特，成為MIT史隆管理學院的教授。直到1989年，他一直是那裡"系統動力學計畫"的負責人。1958年，他在<<哈佛商業評論>>發表題為"工業動力學：決策者的主要突破"的文章，使該方法聞名於世。後來，重新命名該方法為"系統動力學"，接著陸續發表相關著作，<<工業動力學>>(Industrial Dynamics, 1961)，<<系統原理>>(Priciples of Systems, 1968)，<<城市動力學>>(Urban Dynamics, 1969)和<<世界動力學>>(World Dynamics, 1971)。

在<<世界動力學>>和接下來的<<增長的極限>>(The Limits to Growth, D. Meadows et al., 1972)中，試圖將世界的運作方式作為作為一個系統來概括和理解，不出所料，這種做法頗具爭議。

透過五個基本參數做為世界系統的代表(人口、自然資源、工業生產、農業生產和污染)，並對其行為和相互影響進行研究；指出增長不能持續的模型，必須建立一種"全球平衡"，以避免污染或自然資源枯竭而引起的災難。

"學習"是系統動力學的一個重要因素。如果管理人員可以獲知複雜系統是如何工作的，他們就可以採取行動，使之得以改善。系統動力學重要特徵是開發嚴謹的計算機模擬模型，藉由和現實世界系統的行為作比較，可以檢驗模型的效果。

5.2.2 哲學與理論

按照系統動力學理論，複雜系統內的眾多變量，在它們相互作用的反饋環裡有因果關係。反饋環之間有系統的相互關係，構成了該系統的結構，而這個結構正是，系統行為的根本決定因素。

要想對結構取得一個適當的理解，有必要確定四件事：

• 系統邊界；
• 反饋環網絡；
• "流速"或"流量"；"水平"或"存量"變量；
• "槓桿作用"點。

必須劃清系統的邊界，使其包括所有重要相互作用的成分，並且排除那些對系統行為不產生影響的因素。隨即，可以假定，所有重要的動態行為，皆由該系統邊界內各部分之間相互作用而致。

由於邊界內的反饋環被確認，其本質(正反饋或負反饋)被推知，彼此之間的相互關係被刻畫。用"流速"(rate)或"流量"(flow)及"水平"(level)或"存量"(Stock)變量來詳細描述，反饋環的次級結構。

"水平"是在系統內累積，並可能隨著時間變化的某些元素的量。"流速"是元素之間的關係，常常源自管理決策，它會導致水平上的變化。

"槓桿作用"點，就其目的而言，管理人員為達到最大回報而可能採取行動的系統區域。這可能要求打破既存的鏈節或添加新的反饋環。

聖吉(Senge, 1990; Senge, et al., 1994)識別許多複雜系統的反直覺方面，並將它們上升到11個"第五項修煉之法則"的高度。

5.2.3 方法論

福里斯特(1961,1971)為系統動力學所闡述的方法論：

1. 澄清困擾決策者的問題
2. 確認對該問題有影響的重要變量
3. 建構一個諸變量之間關係的反饋環模型
4. 將反饋環模型轉換成數學模型
5. 利用軟體將數學模型轉換成電腦模擬模型
6. 將電腦模擬行為和現實世界活動相比較，來驗證數學模型
7. 模型一旦達到預期(即模型可以反映實際)，即可以開始進行實驗，以瞭解其他決策如何改善系統表現
8. 最後，對決策者提出決策建議：如何改變問題情形，能使系統變得更好

沃斯滕霍姆(Wolstenholme, 1990)將該方法論分成一個定性及一個定量階段。福里斯特堅定認為決策者在定性階段是重要的，而定量階段的各步驟，決策者也應該參與其中。只有這樣，才能保證那些建議得以實施。

曼尼和卡瓦那(Maani and Cavana, 2000)將聖吉所強調的組織學習包括在內，提出系統動力學方法論的五個階段：

1. 問題構成；
2. 因果關係環建模；
3. 動態建模；
4. 情境規劃及建模；
5. 實施與組織學習。

最後一個階段，強調所有利益關係人之間的擴散學習。這些模型是互動的，並為管理人員提供一個，體驗模型的友善界面。"學習實驗室"也被設計用來作為，服務一組參與微世界的管理人員的結構化學習，然後再利用它，在整個組織中促進學習和傳播知識。

5.2.4 方法

系統動力學最常用的四種方法分別為："有向符號圖"或者稱為"因果反饋環圖"、"系統基模"、"電腦模擬軟體"、"微世界"。

在系統動力學裡，對於了解系統行為而言，鑑別重要的反饋環及其因果結構關係是關鍵所在。一幅有向符號圖，對鑑別反饋方向有所幫助，因為它就是一個標注因果反饋的環路圖。

圖5-1的有向符號圖(亦稱因果反饋環圖)表示，一種新產品被成功的推向市場，由於所得增加，可以支付廣告費用，銷售量進而迅速上升；受到媒體青睞，產品更受歡迎；然而，為了因應銷售量增加，只好提高產量，卻使品質下降，進而信譽下降，導致銷售量減少。也就是說，產量與品質之間是負號，其他都是正號(正向)。

圖5-1 有向符號圖：新產品上市

管理人員可能可以透過媒體來加強正向環路，或者對生產過程進行改善以降低負的影響，甚至變成正向環路。另外，還可能需要考慮其他負向環路，例如：由於產品成功而引起市場競爭或流行程度發生變化。

聖吉(Senge, 1990; Senge, et al., 1994)曾經將增強(正)反饋過程和平衡(負)反饋過程，與"遲滯"現象放在一起進行研究。遲滯發生是指一個反饋過程的影響經過較長時間才表現出來。他斷言識別某些，表現系統有規律的行為模式的系統基模是可能的。

"成長極限”基模，當一個增強的成長環路不經意觸動了平衡，負反饋將延遲成功，甚至將它推向失敗。另外著名的基模有"轉嫁負擔"、"延遲平衡過程"、"意外對手"、"目標侵蝕"、"循序漸進"、"富者愈富"、"公共悲劇"、"飲鴆止渴"、"成長與投資不足"。

圖5-2"轉嫁負擔"例子：不斷增加對援助的依賴。一個發展中國家希望提高其國民的生活水準，它可能需要對經濟做出根本調整；在過渡時期，它會對外尋求援助；危險的是，在經濟結構根本變好前，已經"沈溺於"援助；一旦如此，便失去自立能力，經濟會變得更虛弱，而非得到加強。

圖5-2 "轉嫁負擔"基模：不斷增加對援助的依賴

一個系統的反饋結構一旦被瞭解，並用一個模型表示，就有可能建立一個電腦模擬，來對其動態行為做詳細表達。系統動力學家認為「因果反饋環路圖」和「系統基模」只是系統思考的"輔助工具"(參見Sterman, 2000)，而模擬涉及系統內部各種反饋環路的"水平"和"流速"，需利用存量與流量圖(此處存量指水平，流量指流速)。

圖5-3是一個典型的存量與流量圖，存量(即水平)是一個公司的僱員數目，用長方形"容器"來表示。招聘率(或離職率)會增加(或減少)僱員數，是一個流量(即流速)，用一個"閥門"表示。僱員招聘來自一個"源頭"，當他們離去，又回到一個"蓄槽"中，分別用"雲朵形"表示。

接下來，只要使用相關軟體就能夠，將「因果反饋環」和「存量和流量圖」轉換成電腦模擬，較常用的電腦軟體有DYNMO, STELLA, ithink, DYSMAP, VENSIM 及 POWERSIM。軟體還可以用來幫助創造微世界或管理飛行模擬器，見莫爾克羅夫特和斯特曼(Morecroft and Sterman, 1994)。管理人員可以將工作面臨的各種可能情形，做出不同的決策，然後針對各種不同的假設，觀察其可能產生的結果。

"學習實驗室"可以提供適當的場景，使學習過程的收益最大化，其目的是讓管理人員，對他們既有的心智模型發出遲疑；並認識到問題之間的相互依賴性，以及對問題更加系統化的理解。

5.2.5 近期發展

聖吉(1990)認為系統動力學是各種組織在變成"學習型組織"旅途中，必須掌握的最重要工具。威尼克斯(Vennix, 1996)的"團體模擬建構"，仰賴統籌員的技能，幫助小組將一些原始模型，總結成一個反映共享的社會現實，和對問題本質達成共識的系統動力學模型；這個方法，不但加強了團體學習，更促成對決策的承諾。斯特曼(Sterman, 2000)藉由電腦技術為系統動力學提出一個光明的未來；在心智模式、學習和策略決策等定性的研究領域，將其與複雜性科學和人工智能等領域相結合。

Jackson, M. C. (2003) Systems Thinking: Creative Holism for Managers. 高飛譯，系統思考-適於管理者的創造性整體論，中國人民大學出版社，北京(2005)。p65~73.