Introduzione alla Introduzione alla

System System DynamicsDynamics

Alberto F. De Toni Alberto F. De Toni –– Massimo BearziMassimo Bearzi

Università degli studi di UdineUniversità degli studi di Udine

2

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

3

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

4

COS’È LA SYSTEM DYNAMICS

È una tecnica che consente di:• rappresentare i sistemi come insiemi di più

componenti che interagiscono tra di loro• analizzarne il comportamento dinamico

Viene applicata mediante la realizzazione di modelli di simulazione che vengono fatti ‘girare’ su un apposito software.

5

Discipline, strumenti ed aree logiche

APPLICAZIONI

TEORIA

APPROCCIOSISTEMICO E DINAMICO

TEORIA DEI SISTEMI

APPROCCIO DINAMICO E QUANTITATIVO

TEORIA DELLA SIMULAZIONE

APPROCCIOSISTEMICO, DINAMICO

E QUANTITATIVO

SYSTEMS DYNAMICS

SYSTEMS DYNAMICS APPLICATA AL MNGT

BUSINESS DYNAMICS

6

Cenni storici

• La System Dynamics nasce alla fine degli anni ’50 presso il MIT di Cambridge (USA) ad opera di J.W.Forrester, che pubblica successivamente:– Industrial dynamics (1961)– Urban dynamics (1969)– World dynamics (1973)

• Si accresce nei contenuti teorici grazie alla corrente del Pensiero Sistemico, soprattutto con P. Senge:– La quinta disciplina (1990)

• Trova un’accurata organizzazione solo recentemente con J.D. Sterman (ancora MIT):– Business dynamics: system thinking and modelling for a

complex world (2000)

7

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics

– CONCETTO DI SISTEMA– CAUSALITA’ CIRCOLARE

• Prospettive di analisi– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

8

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics

– CONCETTO DI SISTEMA– CAUSALITA’ CIRCOLARE

• Prospettive di analisi– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

9

SISTEMA – definizione meccanica

« gruppo di elementi

che operano insieme per un fine comune »

J.W. Forrester, “Principles of Systems”, 1968

10

SISTEMA – definizione organica

« unità globale organizzata di interrelazioni

fra elementi, azioni o individui »

E. Morin, “Il metodo. Ordine, disordine, organizzazione ”, 1983

IL CERVELLO:

1011 – 1012 neuroni1.000 dendriti per neurone1012 – 1013 connessioni (1.000 – 10.000 miliardi)

IL CERVELLO:IL CERVELLO:

1011 – 1012 neuroni1.000 dendriti per neurone1012 – 1013 connessioni (1.000 – 10.000 miliardi)

11

SISTEMA COMPLESSO

SISTEMA COMPLESSO

CONNESSIONI ELEMENTI

costituito da

molti diversi molte non-lineari

12

COMPLICATO VS COMPLESSO

COMPLICATO COMPLESSO

Etimologia

Approccio

organismoorganismomeccanismomeccanismo

spiegato nelle sue pieghespiegato nelle sue pieghe compreso nel suo insiemecompreso nel suo insieme

analiticoanalitico sinteticosintetico

cumcum plexumplexumcumcum plicumplicum

Esempi

Soluzione

13

COME AFFRONTARE IL “COMPLESSO”

COME AFFRONTARLO ?COME AFFRONTARLO ?

Per confrontarsi con i sistemi complessibisogna utilizzare un approccio sistemico.

Il complesso va compreso nel suo insieme, non spiegato nelle sue pieghe.

Per confrontarsi con i sistemi complessibisogna utilizzare un approccio sistemico.

Il complesso va compreso nel suo insieme, non spiegato nelle sue pieghe.

14

SISTEMA E AMBIENTE ESTERNO

SISTEMASISTEMA

AMBIENTE ESTERNO

VARIABILI ESOGENEESOGENE

VARIABILI ENDOGENEENDOGENE

15

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics

– CONCETTO DI SISTEMA– CAUSALITA’ CIRCOLARE

• Prospettive di analisi– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

16

CONCETTO DI CAUSALITA’

Siamo in presenza di un Siamo in presenza di un legame causalelegame causalequando quando

una variabile una variabile XX influenza un’altra variabile influenza un’altra variabile YY

X Y

17

CAUSALITA’ LINERAREvs

CAUSALITA’ CIRCOLARE

CAUSACAUSA EFFETTOEFFETTO

VARIABILE XVARIABILE X VARIABILE YVARIABILE YCIRCOLOCIRCOLOCAUSALECAUSALE

RETROAZIONERETROAZIONE

18

Un esempio di circolo causale

Ricerca &Sviluppo Vendite

•• IMMAGINARE NUOVI PRODOTTIIMMAGINARE NUOVI PRODOTTI•• AMPLIAMENTO GAMMAAMPLIAMENTO GAMMA•• NUOVE POSSIBILITA’ DI MERCATONUOVE POSSIBILITA’ DI MERCATO

•• RICAVIRICAVI•• UTILIUTILI•• POSSIBILITA’ DI INVESTIMENTOPOSSIBILITA’ DI INVESTIMENTO

19

Un circolo causale può coinvolgere molte variabili

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Backlog

……adad esempio in un’azienda esempio in un’azienda AssemblyAssembly ToTo OrderOrder

20

I circoli causali possono concatenarsi …

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Ricavi

Backlog

Utili

Investimenti in R&S

……adad esempio in un’azienda esempio in un’azienda AssemblyAssembly ToTo OrderOrder

21

…e sovrapporsi.

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Ricavi

Backlog

Utili

Investimenti in R&S

Investimenti in capacitàproduttiva

……adad esempio in un’azienda esempio in un’azienda AssemblyAssembly ToTo OrderOrder

22

L’impresa come sistema complessocon controllo in retroazione

RisultatiPrestazioni

ambiente e mercato

Criteri decisionali

Azioni

Analisi dei

risultatiRetroazione

Sistema impresa

23

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

– PROSPETTIVA SISTEMICA– PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

24

Struttura Sistemica(retroazione)

Tipo di Comportamento

Eventi (“istantanee del sistema”)

Variabili esogene

PENSIERO SISTEMICO

Variabili endogene

25

STRUTTURA SISTEMICA e VARIABILI ESOGENE

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Ricavi

Backlog

Utili

Investimenti in R&S

Domanda Domanda di mercatodi mercato

26

Polarità dei legami causali

un legame è positivo se:

– una variazione del valore di X produce una variazione del valore di Y nella stessa direzione

X Y+

X Y_

un legame è negativo se:

– una variazione del valore di X produce una variazione del valore di Y nella direzione opposta

0>∂∂xy

0<

∂∂xy

27

Circoli negativi

A

C

BD_

+

_

_

(-)

N2.

A

C

BD+

+

_

+

(-)

N1.

Circoli positivi e circoli negativi

Circoli positivi

A

C

BD_

+

_

+

(+)

P2.

A

C

BD+

+

+

+

(+)

P1.

legame negativo

Circolo negativo

legame positivo

–

+

–

Circolo positivo

+

28

Circoli negativi(auto-bilancianti)

A

C

BDs

s

o

s

(B)

N1.

A

C

BDo

s

o

o

(B)

N2.

Circoli positivi(auto-rafforzanti)

A

C

BDs

s

s

s

(R)

P1.

A

C

BDo

s

o

s

(R)

P2.

altre notazioni

legame negativo

Circolo auto-bbilanciante

legame positivo

Circolo auto-rrafforzante

B

R

s

o

variazione nello sstesso verso

variazione in verso oopposto

29

Introducendo le polarità …

Domanda di mercato

+

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Ricavi

Backlog

Utili

Investimenti in R&S

+

+

+

_

+

+

+

+

Investimenti in capacitàproduttiva +

_

30

... ottengo la mappa causalemappa causale

Domanda di mercato

+

Ordini

Saturazionecapacità

produttiva

Tempi di consegna

Ricavi

Backlog

Utili

Investimenti in R&S

+

+

+

_

+

+

+

+

Investimenti in capacitàproduttiva +

_

+

+

-

31

La mappa causale

• Rappresentazione della struttura retroattiva• Non può essere usata istantaneamente per

determinare il comportamento dinamico …• … ma può essere utile per associare ad una

struttura un’evoluzione dinamica nota à vedi archetipi

32

Approccio qualitativo

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

Mappa Causale del sistema

Comportamento fondamentale del

sistema

A

C

BD+

+

+

+

(+)

archetipo

33

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

34

EVENTI …

Livello del magazzino Livello del magazzino al tempo tal tempo t

al tempo t+1al tempo t+1

al tempo t+2al tempo t+2

al tempo t+3al tempo t+3

35

tempo

mag

azzi

no

… ed EVOLUZIONI TEMPORALI

36

tempo

valo

re

tempo

valo

re

tempo

valo

re

tempo

valo

re esponenziale goal-seeking

oscillazionicrescita ad “S”

SINTESI COMPORTAMENTI FONDAMENTALI

37

ARCHETIPI

L’archetipo è una struttura retroattiva generica, illustrata da una mappa causale, che èassociata ad un comportamento fondamentale.

L’archetipo rappresenta un fenomeno che compare frequentemente nella realtà.

Ne descriveremo 4

38

Primo archetipo : “auto-rafforzamento”

Incrementonetto

+

+

(+)

Situazione attuale Situazioneattuale

Tempo

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

39

Esempio di archetipo “auto-rafforzamento”

tempo

assunzionistaff divendita

reddito

(+)

+

+

++

+

staff divendita

ricavi divendita

ordini divendita

ordini divendita

40

Secondo archetipo : “auto-bilanciamento”

Discrepanza

Correzione

Situazione desiderata

+

+

+-

(-)

Situazione attuale

Situazioneattuale

Tempo

Situazioneattuale

Situazione desiderata

Situazione desiderata

dal bassodal basso

dall’altodall’alto

discrepanza

discrepanza

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

41

Esempio di archetipo “auto-bilanciamento”

tempo

tempi di

consegna

portafoglioordini capacità

produttiva

(-)

+

+

-

+ -

saturazionecapacità

produttivaordini divendita

ordini divendita

42

Terzo archetipo : “limiti alla crescita”

Tempo

Condizione limitante

Situazione

Azione di crescita

Azione di rallentamento

Condizione limitante

(+) (-)+

++

-

Situazione

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

43tempo

ordini divendita

Esempio di archetipo “limiti alla crescita”

tempi di

consegna

portafoglioordini capacità

produttiva

(-)

+

+

-

+ -

saturazionecapacità

produttiva

assunzionistaff divendita

reddito

(+)

+

+

++

+

staff divendita

ricavi divendita

ordini divendita

Condizione limitante

44

Quarto archetipo : “processo di riequilibrio con ritardo”

Situazioneattuale

Tempo

Situazione desiderata

Discrepanza

Correzione

Situazione desiderata

+

+

+

-

(-)

Situazione attualeRitardo temporale

misurazione

Ritardo temporaledecisione

Ritardo temporaleazione

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

45

Esempio di archetipo “processo di riequilibrio con ritardo”

ordini divendita

Tempo

tempi di

consegna

portafoglioordini capacità

produttiva

(-)

+

+

-

+ -

saturazionecapacità

produttivaordini divendita

Ritardo

46

SINTESI Archetipi

Limiti alla crescita Riequilibrio con ritardo

Auto-bilanciamentoAuto-rafforzamento

Incremento

+

+

(+)

Situazione attuale

Discrepanza

Correzione

Situazione desiderata

+

+

+-(-)

Situazione attuale

tempi di

consegna

portafoglioordini capacità

produttiva

(-)

+

+

-

+ -

saturazionecapacità

produttivaordini divendita

RitardoAzione di crescita

Azione di rallentamento

Condizione

limitante

(+) (-)+

++

-Situazione

Circolo positivo Circolo negativo

Circolopositivo

Circolonegativo

Circolonegativo

esponenziale goal-seeking

oscillazionicrescita ad “S”

47

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

48

TIPI DI VARIABILI

SISTEMASISTEMA •• ACCUMULIACCUMULI•• FLUSSIFLUSSI•• AUSILIARIEAUSILIARIE•• COSTANTICOSTANTI

VARIABILI

49ACCUMULO

FLUSSOENTRANTE

FLUSSOUSCENTE

ACCUMULI E FLUSSI – metafora idraulica

Variabile di accumulo

Variabile di flusso

Variabile di flusso

50

ACCUMULI E FLUSSI – notazioni grafiche e definizione

Link informazioneRappresenta la relazione causale tra due variabili.

Link di flussoSimbolo che identifica la direzione dei flussi.

Variabile ausiliaria costanteIl suo valore non cambia nel tempo.

Variabile ausiliaria genericaIl suo valore è determinato da un’equazione algebrica.

Variabile di accumuloIl suo valore si modifica in base all’entità dei flussi.

SIGNIFICATOSIMBOLO

Link informazioneRappresenta la relazione causale tra due variabili.

Link di flussoSimbolo che identifica la direzione dei flussi.

Variabile ausiliaria costanteIl suo valore non cambia nel tempo.

Variabile ausiliaria genericaIl suo valore è determinato da un’equazione algebrica.

Variabile di accumuloIl suo valore si modifica in base all’entità dei flussi.

SIGNIFICATOSIMBOLO

Accumulo

Ausiliaria

Costante

AccumuloAccumulo

AusiliariaAusiliaria

CostanteCostante

51

notazione grafica compatta

magazzino

fornitura

magazzinofornitura

un accumulo può variare solo a causa dei flussi

al flusso corrisponde una variabile effettiva

ACCUMULI E FLUSSI – uso delle notazioni grafiche

52

magazzino

fornitura spedizioni

ACCUMULI E FLUSSI – la metafora idraulica … strutturata

53

magazzinofornitura

ordini

indice di coperturadesiderato

spedizioni

ACCUMULO

FLUSSOENTRANTE

FLUSSOUSCENTE

AUSILIARIA

COSTANTE ESOGENAESOGENA

ACCUMULI E FLUSSI – il magazzino

54

staff di vendita

assunzionistaff di vendita ordini di

vendita

ricavi di vendita

reddito

ACCUMULOFLUSSOENTRANTE

AUSILIARIA

AUSILIARIA

AUSILIARIA

ACCUMULI E FLUSSI – le vendite

55

AGENDA

• Introduzione• Principi base della System Dynamics• Prospettive di analisi

– PROSPETTIVA SISTEMICA – PROSPETTIVA DINAMICA

• Altro principio base della System Dynamics– ACCUMULI E FLUSSI

• Altra prospettiva di analisi– PROSPETTIVA STRUTTURALE

56

Approccio quantitativo

Modello di SimulazioneMappa Strutturale

staff di vendita

assunzioni staff di vendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dtricavi = ordini ⋅ prezzoassunzioni = (% invest. staff) ⋅ reddito……..

staff divenditaassunzioni

staff divendita

ordini di vendita

ricavi divendita

reddito

(+)

+

+

++

+

staff di vendita

assunzioni staff di vendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

Mappa Causale

Prospettiva sistemica

Prospettiva dinamica

Prospettiva strutturale

57

staff di vendita

assunzioni staff divendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

staff di

venditaassunzioni

staff di

vendita

ordini di

vendita

ricavi di

vendita

reddito

(+)

+

+

+

+

+

dalla mappa causale… … alla mappa strutturale

staff di vendita

assunzioni staff di vendita

ordini

ricavi

reddito

… RICONOSCENDO ACCUMULI, FLUSSI, COSTANTI E AUSILIARIE …

Dalla mappa causale alla mappa strutturale

58

… al modello di simulazione

staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dtricavi = ordini ⋅ prezzoassunzioni = (% invest. staff) ⋅ reddito……..

staff di vendita

assunzioni staff divendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

staff di vendita

assunzioni staff divendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

dalla mappa strutturale …

staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t)dtt1

t0

assunzioni staff = (% invest. staff) ⋅ reddito

ricavi di vendita = ordini ⋅ prezzo

… ESPLICITANDO QUANTITATIVAMENTE LE RELAZIONI …

Dalla mappa strutturale al modello di simulazione

59

In particolare l’equazione per ogni accumulo sarà del tipo :

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]∫∫ −==−1

0

1

0

'01

t

t

t

t

dttOUTtINdttAtAtA

Accumulo AIN OUT

60

Modello di SimulazioneMappa Strutturale

Riassumendo …

staff di vendita

assunzioni staff di vendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dtricavi = ordini ⋅ prezzoassunzioni = (% invest. staff) ⋅ reddito……..

staff divenditaassunzioni

staff divendita

ordini di vendita

ricavi divendita

reddito

(+)

+

+

++

+

staff di vendita

assunzioni staff di vendita

ordini di vendita

ricavi di vendita

reddito

Mappa Causale

+

Accumuli e Flussi

+

Accumuli e Flussi+

Equazioni di struttura

+

Equazioni di struttura