Systemdynamik ist eine Annäherung an das Verstehen des Verhaltens von komplizierten Systemen mit der Zeit. Es befasst sich mit inneren Feed-Back-Schleifen und Verzögerungen, die das Verhalten des kompletten Systems betreffen. Was Verwenden-Systemdynamik verschieden von anderen Annäherungen bis das Studieren komplizierter Systeme macht, ist der Gebrauch von Feed-Back-Schleifen und Lagern und Flüssen. Diese Elemente helfen, wie sogar anscheinend einfache Systemanzeige verwirrende Nichtlinearität zu beschreiben.

Übersicht

Systemdynamik ist eine Methodik und mathematische modellierende Technik für das Gestalten, Verstehen und Besprechen komplizierter Probleme und Probleme. Ursprünglich entwickelt in den 1950er Jahren, um korporativen Betriebsleitern zu helfen, ihr Verstehen von Industrieprozessen zu verbessern, wird Systemdynamik zurzeit überall im öffentlichen und privaten Sektor für die Politikanalyse und das Design verwendet.

Günstige GUI Systemdynamik-Software, die in benutzerfreundliche Versionen vor den 1990er Jahren entwickelt ist, und ist auf verschiedene Systeme angewandt worden. SD Modelle beheben das Problem der Gleichzeitigkeit (gegenseitige Verursachung) durch das Aktualisieren aller Variablen in der kleinen Zeitzunahme mit positiven und negativen Feed-Backs und Verzögerungen, die die Wechselwirkungen und Kontrolle strukturieren. Das am besten bekannte SD Modell ist wahrscheinlich 1972 Die Grenzen zum Wachstum. Dieses Modell hat vorausgesagt, dass Exponentialwachstum zu Wirtschaftszusammenbruch während des 21. Jahrhunderts unter einem großen Angebot an Wachstumsdrehbüchern führen würde.

Systemdynamik ist ein Aspekt der Systemtheorie als eine Methode, für das dynamische Verhalten von komplizierten Systemen zu verstehen. Die Basis der Methode ist die Anerkennung, dass die Struktur jedes Systems - des vielen Rundschreibens, des Ineinanderschachtelns, manchmal zeitverzögerte Beziehungen unter seinen Bestandteilen - häufig genauso in der Bestimmung seines Verhaltens wichtig ist wie die individuellen Bestandteile selbst. Beispiele sind Verwirrungstheorie und soziale Dynamik. Es wird auch gefordert, dass, weil es häufig Eigenschaften des Ganzen gibt, der unter den Eigenschaften der Elemente in einigen Fällen nicht gefunden werden kann, das Verhalten des Ganzen in Bezug auf das Verhalten der Teile nicht erklärt werden kann.

Geschichte

Systemdynamik wurde während der Mitte der 1950er Jahre von Professor Jay Forrester vom Institut von Massachusetts für die Technologie geschaffen. 1956 hat Forrester eine Professur in der kürzlich gebildeten MIT Schule von Sloan des Managements akzeptiert. Seine anfängliche Absicht war zu bestimmen, wie sein Hintergrund in der Wissenschaft und Technik zum Bären auf eine nützliche Weise auf den Kernproblemen gebracht werden konnte, die den Erfolg oder Misserfolg von Vereinigungen bestimmen. Die Einblicke von Forrester in die allgemeinen Fundamente, die Technik unterliegen, die zur Entwicklung der Systemdynamik geführt hat, wurden in großem Maße durch seine Beteiligung mit Betriebsleitern an General Electric (GE) während der Mitte der 1950er Jahre ausgelöst. Damals wurden die Betriebsleiter an GE verwirrt, weil die Beschäftigung an ihren Gerät-Werken in Kentucky einen bedeutenden dreijährigen Zyklus ausgestellt hat. Wie man beurteilte, war der Konjunkturzyklus eine ungenügende Erklärung für die Arbeitsinstabilität. Von Handsimulationen (oder Berechnungen) der Fluss-feed-backdes Aktien-Struktur der GE Werke, die die vorhandene korporative Beschlussfassungsstruktur für die Einstellung und vorübergehenden Entlassungen eingeschlossen haben, ist Forrester im Stande gewesen zu zeigen, wie die Instabilität in der GE Beschäftigung wegen der inneren Struktur des Unternehmens und nicht zu einer Außenkraft wie der Konjunkturzyklus war. Diese Handsimulationen waren der Anfang des Feldes der Systemdynamik.

Während des Endes der 1950er Jahre und Anfang der 1960er Jahre haben Forrester und eine Mannschaft von Studenten im Aufbaustudium das erscheinende Feld der Systemdynamik von der Handsimulationsbühne bis die formelle Computermodellieren-Bühne bewegt. Richard Bennett hat die erste Systemdynamik-Computermodellieren-Sprache genannt der EINFACHE (Simulation von Industrieverwaltungsproblemen mit vielen Gleichungen) im Frühling 1958 geschaffen. 1959 haben Phyllis Fox und Alexander Pugh die erste Version von geschrieben

DYNAMO (DYNAMISCHE Modelle), eine verbesserte Version von EINFACHEN, und die Systemdynamik-Sprache ist der Industriestandard seit mehr als dreißig Jahren geworden. Forrester hat das erste, und noch klassisch veröffentlicht, das Buch im Feld hat Industriedynamik 1961 betitelt.

Vom Ende der 1950er Jahre zum Ende der 1960er Jahre wurde Systemdynamik fast exklusiv auf korporative/geschäftsführende Probleme angewandt. 1968, jedoch, hat ein unerwartetes Ereignis das Feld veranlasst, sich außer dem korporativen Modellieren zu verbreitern. John Collins, der ehemalige Bürgermeister Bostons, wurde zu einem Gastprofessor von Städtischen Angelegenheiten an MIT ernannt. Das Ergebnis der Kollaboration von Collins-Forrester war betitelte Städtische Dynamik eines Buches. Das Städtische im Buch präsentierte Dynamik-Modell war die erste nichtkorporative Hauptanwendung der Systemdynamik.

Die zweite nichtkorporative Hauptanwendung der Systemdynamik ist kurz nach dem ersten gekommen. 1970 wurde Jay Forrester vom Klub Roms zu einer Sitzung in Bern, die Schweiz eingeladen. Der Klub Roms ist eine Organisation, die dem Lösen gewidmet ist, was seine Mitglieder als die "Kategorie der Menschheit" - d. h. die globale Krise beschreiben, die einmal in der Zukunft wegen der Anforderungen erscheinen kann, die auf der Tragfähigkeit der Erde (seine Quellen von erneuerbaren und nichterneuerbaren Mitteln und sein Becken für die Verfügung von Schadstoffen) durch die exponential wachsende Bevölkerung in der Welt legen werden. Auf der Berner Sitzung wurde Forrester gefragt, ob Systemdynamik verwendet werden konnte, um die Kategorie der Menschheit zu richten. Seine Antwort war natürlich, dass es gekonnt hat. Auf dem Flugzeug zurück von der Berner Sitzung hat Forrester den ersten Entwurf eines Systemdynamik-Modells des sozioökonomischen Systems in der Welt geschaffen. Er hat dieses Modell WORLD1 genannt. Nach seiner Rückkehr in die Vereinigten Staaten hat Forrester WORLD1 in der Vorbereitung eines Besuchs in MIT durch Mitglieder des Klubs Roms raffiniert. Forrester hat die raffinierte Version des Modells WORLD2 genannt. Forrester hat WORLD2 in der betitelten Weltdynamik eines Buches veröffentlicht.

Themen in der Systemdynamik

Die Elemente von Systemdynamik-Diagrammen sind Feed-Back, Anhäufung von Flüssen in Lager und Verzögerungen.

Als eine Illustration des Gebrauches der Systemdynamik, stellen Sie sich eine Organisation vor, die plant, ein innovatives neues haltbares Verbraucherprodukt einzuführen. Die Organisation muss die mögliche Marktdynamik verstehen, um Marketing und Produktionspläne zu entwerfen.

Kausale Schleife-Diagramme

In der Systemdynamik-Methodik, einem Problem oder einem System (z.B, Ökosystem, politisches System oder mechanisches System) wird zuerst als ein kausales Schleife-Diagramm vertreten. Ein kausales Schleife-Diagramm ist eine einfache Karte eines Systems mit allen seinen konstituierenden Bestandteilen und ihren Wechselwirkungen. Durch das Gefangennehmen von Wechselwirkungen und folglich den Feed-Back-Schleifen (sieh Zahl unten), offenbart ein kausales Schleife-Diagramm die Struktur eines Systems. Durch das Verstehen der Struktur eines Systems wird es möglich, ein Verhalten eines Systems im Laufe eines bestimmten Zeitabschnitts festzustellen.

Das kausale Schleife-Diagramm der neuen Produkteinführung kann wie folgt aussehen:

Es gibt zwei Feed-Back-Schleifen in diesem Diagramm. Die positive Verstärkung (hat R etikettiert), zeigt Schleife rechts das an, je mehr Menschen bereits das neue Produkt, desto stärker der mündliche Einfluss angenommen haben. Es wird mehr Verweisungen auf das Produkt, mehr Demonstrationen und mehr Rezensionen geben. Dieses positive Feed-Back sollte Verkäufe erzeugen, die fortsetzen zu wachsen.

Die zweite Feed-Back-Schleife ist links negative Verstärkung (oder "das Ausgleichen" und folglich der etikettierte B). Klar kann Wachstum nicht für immer weitergehen, weil weil immer mehr Leute annehmen, dort bleiben Sie weniger und weniger potenzielle Adoptierende.

Beide Feed-Back-Schleifen handeln gleichzeitig, aber zu verschiedenen Zeiten können sie verschiedene Kräfte haben. So würde man annehmen, Verkäufe in den anfänglichen Jahren anzubauen, und dann Verkäufe in den späteren Jahren zu neigen.

In diesem dynamischen kausalen Schleife-Diagramm:

• step1: (+) zeigen grüne Pfeile, dass Adoptionsrate Funktion von Potenziellen Adoptierenden und Adoptierenden ist
• step2: (-) roter Pfeil zeigt, dass Potenzielle Adoptierende durch die Adoptionsrate abnehmen
• step3: (+) zeigt blauer Pfeil, dass Adoptierende durch die Adoptionsrate zunehmen

Lager und Flussschemen

Kausale Schleife-Diagramme helfen im Vergegenwärtigen einer Struktur und Verhaltens eines Systems und des Analysierens des Systems qualitativ. Um eine ausführlichere quantitative Analyse durchzuführen, wird ein kausales Schleife-Diagramm in ein Lager und Flussschema umgestaltet. Aktien- und Fluss-Modell hilft im Studieren und Analysieren des Systems auf eine quantitative Weise, solche Modelle werden gewöhnlich gebaut und haben Verwenden-Computersoftware vorgetäuscht.

Ein Lager ist der Begriff für jede Entität, die ansammelt oder mit der Zeit entleert. Ein Fluss ist die Rate der Änderung in einem Lager.

In unserem Beispiel gibt es zwei Lager: Potenzielle Adoptierende und Adoptierende. Es gibt einen Fluss: Neue Adoptierende. Für jeden neuen Adoptierenden neigt sich das Lager von potenziellen Adoptierenden durch einen und das Lager von Adoptierender-Zunahmen durch eine.

Gleichungen

Die Wirkleistung der Systemdynamik wird durch die Simulation verwertet. Obwohl es möglich ist, das Modellieren in einem Spreadsheet durchzuführen, gibt es eine Vielfalt von Softwarepaketen, die dafür optimiert worden sind.

Die an einer Simulation beteiligten Schritte sind:

• Definieren Sie die Problem-Grenze
• Identifizieren Sie die wichtigsten Lager und Flüsse, die diese Aktienniveaus ändern
• Identifizieren Sie Informationsquellen, die die Flüsse zusammenpressen
• Identifizieren Sie die Hauptfeed-Back-Schleifen
• Ziehen Sie ein kausales Schleife-Diagramm, das die Lager, Flüsse und Informationsquellen verbindet
• Schreiben Sie die Gleichungen, die die Flüsse bestimmen
• Schätzen Sie die Rahmen und anfänglichen Bedingungen. Diese können mit statistischen Methoden, Sachverständigengutachten, Marktforschungsdaten oder anderen relevanten Informationsquellen geschätzt werden.
• Täuschen Sie das Modell vor und analysieren Sie Ergebnisse

In diesem Beispiel sind die Gleichungen, die die zwei Lager über den Fluss ändern:

Gleichungen in der diskreten Zeit

Liste aller Gleichungen in der Diskreten Zeit, in ihrer Ordnung der Ausführung in jedem Jahr, seit Jahren 1 bis 15:

Dynamische Simulierungsergebnisse

Die dynamischen Simulierungsergebnisse zeigen, dass das Verhalten des Systems sein würde, Wachstum in Adoptierenden zu haben, das einer klassischen S-Kurve-Gestalt folgt.

Die Zunahme in Adoptierenden ist am Anfang, dann Exponentialwachstum seit einer Periode, gefolgt schließlich von der Sättigung sehr langsam.

Gleichungen in der dauernden Zeit

Um Zwischenwerte  und bessere Genauigkeit zu bekommen, kann das Modell in der dauernden Zeit laufen: Wir multiplizieren die Zahl von Einheiten der Zeit, und wir teilen proportional Werte  dieses Änderungslager Niveaus. In diesem Beispiel multiplizieren wir die 15 Jahre mit 4, um 60 Vierteljahre zu erhalten, und wir teilen den Wert des Flusses durch 4.

Das Teilen des Werts ist von der Methode von Euler am einfachsten, wir können auch andere Methoden solche Runge-Kutta Methoden verwenden.

Liste der Gleichungen in der dauernden Zeit seit Vierteljahren = 1 bis 60:

• Sie sind dieselben Gleichungen wie in der Abteilungsgleichung in der diskreten Zeit oben, außer Gleichungen 4.1 und 4.2 ersetzte durch den folgenden:
• In unter dem Lager und Flussschema berechnet der Zwischenfluss 'Rate Neue Adoptierende' die Gleichung:

Anwendung

Systemdynamik hat Anwendung in einer breiten Reihe von Gebieten, zum Beispiel Bevölkerung, ökologische und Wirtschaftssysteme gefunden, die gewöhnlich stark mit einander aufeinander wirken.

Systemtriebkräfte haben verschiedenen "Rücken des Umschlags" Verwaltungsanwendungen. Sie sind ein starkes Werkzeug zu:

• Unterrichten Sie Systemdenken-Reflexe Personen, die trainieren werden
• Analysieren Sie und vergleichen Sie Annahmen und geistige Modelle über die Weise, wie Dinge arbeiten
• Gewinnen Sie qualitative Scharfsinnigkeit in die Tätigkeit eines Systems oder die Folgen einer Entscheidung
• Erkennen Sie Archetypen von dysfunctional Systemen in der täglichen Praxis an

Computersoftware wird verwendet, um ein Systemdynamik-Modell der Situation vorzutäuschen, die wird studiert. Das Laufen, "und wenn" Simulationen, um bestimmte Policen auf solch ein Modell zu prüfen, im Verstehen außerordentlich helfen können, wie sich das System mit der Zeit ändert. Systemdynamik ist dem Systemdenken sehr ähnlich und baut dieselben kausalen Schleife-Diagramme von Systemen mit dem Feed-Back. Jedoch geht Systemdynamik normalerweise weiter und verwertet Simulation, um das Verhalten von Systemen und den Einfluss von alternativen Policen zu studieren.

Systemdynamik ist verwendet worden, um Quellenabhängigkeiten und resultierende Probleme in der Produktentwicklung zu untersuchen.

Beispiel

Die Zahl ist oben ein kausales Schleife-Diagramm eines Systemdynamik-Modells, das geschaffen ist, um Kräfte zu untersuchen, die für das Wachstum oder den Niedergang von Lebensversicherungsgesellschaften im Vereinigten Königreich verantwortlich sein können. Es lohnt sich, die Eigenschaften mehrerer dieser Zahl zu erwähnen. Das erste ist, dass die negativen Feed-Back-Schleifen des Modells durch "den C's" identifiziert werden, die für das "Entgegenwirken" Schleifen eintreten. Das zweite ist, dass doppelte Hiebe verwendet werden, um Plätze anzuzeigen, wo es eine bedeutende Verzögerung zwischen Ursachen (d. h., Variablen an den Schwänzen von Pfeilen) und Effekten (d. h., Variablen an den Köpfen von Pfeilen) gibt. Das ist eine allgemeine kausale Schleife-Tagung der schematisch darstellenden in der Systemdynamik. Drittens ist, dass dickere Linien verwendet werden, um die Feed-Back-Schleifen und Verbindungen zu identifizieren, auf die Autor möchte, dass sich das Publikum konzentriert. Das ist auch eine allgemeine Systemdynamik-Tagung der schematisch darstellenden. Letzt ist es klar, dass ein Entscheidungsträger es unmöglich finden würde, das dynamische Verhalten zu Ende zu denken, das dem Modell von der Inspektion der Zahl innewohnend ist, allein.

Beispiel der Kolbenbewegung

• 1. Ziel: Studie eines Kurbelpleuelstange-Systems.

Wir wollen ein Kurbelpleuelstange-System durch ein System dynamisches Modell modellieren. Zwei verschiedene ausführliche Beschreibungen des physischen Systems mit zusammenhängenden Gleichungssystemen können nachher und nachher gefunden werden: Sie geben dieselben Ergebnisse. In diesem Beispiel wird der Sonderling, mit dem variablen Radius und der winkeligen Frequenz, einen Kolben mit einer variablen Pleuelstange-Länge steuern.

• 2. System das dynamische Modellieren: Das System wird jetzt, gemäß einem Lager und Fluss-System dynamische Logik modelliert.

Unter der Zahl zeigt Lager und Flussschema:

• 3. Simulation: Das Verhalten der Kurbelpleuelstange dynamisches System kann dann vorgetäuscht werden.

Folgende Zahl ist eine 3D-Simulation, das geschaffene Verwenden des Verfahrenszeichentrickfilms technic. Variablen des Modells beleben alle Teile dieses Zeichentrickfilms: Kurbel, Radius, winkelige Frequenz, Stange-Länge, Kolbenposition.

Siehe auch

Zusammenhängende Themen

• Kausales Schleife-Diagramm
• Ökosystem-Modell
• Plateau-Grundsatz
• Systemarchetypen
• Systemdynamik-Gesellschaft
• Zwölf Einfluss-Punkte
• Lebensfähige Systemphänomene
• Schlechte Probleme
• World3
• Bevölkerungsdynamik
• Wechselwirkung der Raubfisch-Beute

Zusammenhängende Felder

• Dynamische Systemtheorie
• Operationsforschung
• Soziale Dynamik
• Systemtheorie
• Systeme, denkend
• TRIZ

Verwandte Wissenschaftler

• Jay Forrester
• Wiesen von Dennis
• Donella Wiesen
• Peter Senge
• Graeme spitzt
• John Sterman
• Liste der Systemdynamik-Software

Weiterführende Literatur

Links

• Studie, die für die Einführen-Systemdynamik des amerikanischen Energieministeriums - bereit

• Dynamik der einsamen Insel "Ein kommentierter Überblick über die wesentliche Systemdynamik-Literatur"
• Institut für globale dynamische Systeme, Canberra, Australien
• Ecotoxicology & Models