『系統思考』閱讀筆記(上)

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當人改變心態時,就等於換一個濾鏡來觀看事物,所以換了位置就換了腦袋這件事,再正常不過。那有沒有什麼心態或思考方式,能夠用俯瞰的方式來觀察局勢呢?高段位的棋手,不會只關注一顆棋子或下一步棋,而是會把整個棋局配置,跟未來可能的走向都考慮到,這種可以俯瞰大局的濾鏡,就是本書想要講述的一套觀測事物方法。


書中提到一個盲人摸象的寓言:沒看過大象的盲人第一次摸到大象,只能透過摸到的部位,拼湊出對大象的想像,於是盲人們對大象的印象都有所差異,每個人的理解都是片面的。一間公司,非營利組織,政黨,國家,或是汽車,城市交通網路等等,幾乎都可以看成一個複雜的系統,分析這些系統的行為時,常常會因為使用的觀察濾鏡過於狹隘,造成見樹不見林的問題。


『系統思考』一書可以幫助我們,以適合的視角,俯瞰整個系統,進而對系統整體進行分析。我們可以把人際關係,公司,社會,國家視為不同階層的系統,用全局的觀點,策略性地角度,幫助我們做更合適的決策。


中文書名:系統思考:克服盲點、面對複雜性、見樹又見林的整體思考

原文書名:Thinking in Systems: A Primer

作者:Donella H. Meadows


系統的定義與組成要件


系統的組成要件


『系統(System)』是相互連結在一起的要素所組成,系統有自己的功能(或目標),所以系統的組成元件包含:

  1. 『要素』
  2. 『連結』
  3. 『功能(或目標)』


舉例來說,汽車可以視為一個系統,因為有輪子,引擎,各種零件等等『要素』,這些零件用各種機構設計『連結』在一起,並具有載送乘客到目的地的『功能(或目標)』。


系統中最不明顯,卻最關鍵的要件為『功能(或目標)』,考慮汽車的例子,我們會開車,主要就是為了交通目的,汽車的機構設計也都是為交通目的,『要素』與『連結』都是為『功能(或目標)』服務,假如今天我們是要一個遮風避雨睡覺起居的地方,雖然汽車也勉強達到這些功能,但就不是汽車的主要目的,選擇像是房子等其他系統會更合適。


系統的動態性


系統會隨著時間推移改變狀態,其中有幾個屬性用來記錄系統的動態性:

  1. 『存量(stock)』:可被觀察,感知,計數和測量的系統『要素』。
  2. 『流量(flow)』:存量在一定時間內改變的狀況。


舉個簡單的例子,浴缸當前的水量就是『存量』,水龍頭打開後就會有『流入量』,把塞子拔起來讓水流掉就有『流出量』,若是『流入量』等於『流出量』造成『存量』維持定數,則達成『動態平衡』。


下圖是存量與流量的示意圖,其中『雲朵』圖案是為了簡化分析系統其餘要素,突顯重點,所以其餘地方就只用『雲朵』做概略表示。


系統存量流量示意圖

系統存量流量示意圖


存量特性與反饋迴路等調節機制


存量可在系統中發揮緩衝效果


較大的存量會需要流量累積一段時間,產生較多的存量的變化,所以存量可以當作一種系統中的緩衝,例如你存了一筆可以生活一年的緊急預備金,然後公司裁員後失業了,短時間內沒有收入,至少可以靠緊急預備金這個存量,繼續維持原來的生活水準一段時間,水庫蓄積水源也是同樣的道理。因此,由於有流量存在,流入量與流出量就可以分開看待,或是暫時避免失去平衡。


在系統思考的角度上,世界可以看成各種存量的組合,這些存量存在著各種透過流量進行的調節機制,所以世界也是『反饋過程』的組合。


反饋迴路


某一個存量的變化,影響到與其相關的流入量與流出量,就會形成『反饋迴路』。舉例來說,你銀行帳戶的餘額(存量),會影響你利息的收入(流入量),或是說當你存了很多錢(存量),你開始覺得可以提昇生活品質,於是增加每月開銷(流出量)。


一條反饋迴路就是閉合的因果關係鏈,存量影響流量,流量再反過來影響存量。另外,並非所有系統都有反饋迴路,雖然若是對反饋迴路了解越多,會發現幾乎無所不在。反饋機制其實也是系統要素連結產生的結果。下圖就是反饋迴路在流量圖中的表示方式。


反饋迴路示意圖

反饋迴路示意圖


反饋迴路有兩種類型,分別為『調節迴路』與『增強迴路』。


調節迴路


『調節迴路(balance feedback loop)』具有保持存量穩定,趨向一個目標進行調節或校正的作用。舉例來說,放在室溫的熱咖啡,咖啡溫度(存量)會漸漸失去熱度(流出量)變涼,直到溫度與室溫一致,越熱的咖啡失去的溫度的速度越快,接近室溫時,溫度變化速度就漸漸趨緩。身體對血糖濃度的調節,水庫儲水與放水等等,也都是調節回路的案例。


增強迴路


『增強迴路(reinforcing feedback loop)』的作用,就是不斷放大(或減少),非線性地增強(或減弱)系統原有的態勢,像滾雪球一樣。投資的複利效果就是一個典型的案例,一開始錢不多,投資報酬不大,但隨著本金越來越大,投資報酬也越來越多,讓本金呈現非線性成長。另外一個例子,土壤流失越嚴重,植被越少,能抓住土壤的跟也越少,土壤流失就更嚴重。企管或成長書籍常提到的『成長飛輪』,我想應可視為一種增強迴路。


系統思考案例:反饋迴路『主導地位』轉換的狀況


人口總量之流量圖

人口總量之流量圖


上圖是一個國家人口增長的存量流量示意圖,其中存量為人口總數,分別受一個增強迴路與調節迴路所影響,其中出生率影響增強迴路的流量,死亡率影響調節迴路的流量。當增強迴路影響較大,人口就會呈現增長趨勢,當調節迴路影響較大,人口就會呈現下降趨勢。


這個例子可以用來說明『主導地位』轉換的概念,系統經常會有好幾個相互矛盾的反饋迴路同時運作,但只有居於主導地位的迴路,才能決定系統的行為。


另外,多數物理性,會成長的系統,早晚會受到某種形式的制約,這些限制通常會以『調節迴路』的形式存在,在某些狀況下,這些調節迴路會位於主導地位,阻礙系統進一步成長。以人口為例,當人口過多但資源不變,每個人分到的資源變少,生活條件變差或搶奪資源引發戰爭,死亡率就跟著上升,或是因為生活條件不佳而生育率下降,這些事件都有機會讓減少人口的調節迴路佔上風。


系統思考案例:含有時間延遲的系統


汽車庫存量之流量圖

汽車庫存量之流量圖


參考上圖,書中列舉了汽車生產庫存與銷售的例子,其中汽車庫存量為其存量,車廠製造完畢交付的汽車為流入量,銷售出去的汽車為流出量,那麼廠商該怎麼決定要製造多少汽車呢?主要考量因素有預期的銷售量,以及倉儲庫存的限制,透過這些要素來對工廠下訂單。



但是在這樣的系統,將會存在一些延遲,讓對工廠下的訂單量不是那麼準確,這些延遲包括:

  1. 感知延遲:經銷商不太可能對任何銷售量的變化都做出反應,或是沒有及時接收到正確資訊。例如只對過去比較長期的平均銷售量趨勢來當作考量,而不會遇到短期的銷售量波動或異常,就修改工廠訂單。
  2. 反應延遲:經銷商就算發現銷售量的長期趨勢已經改變,但所做的工廠訂單調整變化,往往不會一次到位。就像是股票開始在漲時,有些人還是選擇分批買進,而部會貿然All In。
  3. 交貨延遲:工廠收到訂單,開始生產,到交付車輛給經銷商,也會需要好幾天,過了這些時間,或許市場需求已經有所變化。


延遲示意圖

延遲示意圖


在真實環境中,資訊不對稱及物理延遲是很常見的,而這些延遲造成的結果,就是存量會產生不穩定的上下震盪趨勢。可以想像一下洗澡時熱水器再調水溫時,若是熱水器跟蓮蓬頭距離很遠,調整溫度後要過一段時間才會感覺到水溫差異,調整過程水溫就有可能過冷或過熱,要反覆調很多次才會到位。個體經濟學中常提到的蛛網理論造成的價格震盪,也是典型農作物生產的延遲所產生的現象。


了解系統思考的分析方式了,那接下來呢?


前面的案例可以幫助我們了解,特定系統結構可能會包含哪些行為,以及什麼樣的條件或狀況會觸發那些行為。當然這並不表示我們能夠預測未來,這也不是動態系統分析的主要目的,但我們可以藉此探究系統可能會出現哪些狀況,例如前面汽車存量會因各種延遲而震盪的例子,我們知道會有震盪的趨勢,但我們無法預測未來特定時間點,確切的汽車存量數字是多少。


動態系統分析透過模型來模擬我們所知世界中的各種現象或事物,為了能夠理解,所以需要做出簡化與取捨,雖然不太可能滿足世界真正的複雜性,但若是把注意力從短期事件改為關注到更長期的趨勢,定義出清晰的系統邊界,看到系統內在的重要因素與連結,存量,流量與調節迴路關聯性,就能更深刻的體會各種系統運作的底層邏輯。


後續的文章會繼續介紹書中作者以動態系統分析,從各種社會議題與環境現象中,發現的一些系統的特徵,規則,與常見的問題。

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