Dinamica dei sistemi

Diagramma dinamico dei livelli e ussi per il modello di adozionedi nuovi prodotti (modello estratto dall'articolo di John Sterman2001)

La dinamica dei Sistemi costituisce un approccio allacomprensione del comportamento dei sistemi complessinel corso del tempo. Ha a che vedere con gli anelli, o cir-cuiti, di retroazione interna e i ritardi che incidono sulcomportamento di tutto il sistema.[1] Ci che rende la di-namica dei sistemi diversa da altri approcci allo studiodei sistemi complessi l'uso degli anelli di retroazione edei livelli e ussi (nella Dinamica dei sistemi, i terminilivello e stock possono considerarsi intercambiabili).Questi elementi aiutano a descrivere come anche siste-mi apparentemente semplici esibiscono una non linearitsconcertante.

1 Panoramica

La dinamica dei sistemi consiste in una metodologia perla modellazione ed una tecnica di simulazione al com-puter per inquadrare, comprendere e discutere questio-ni e problemi complessi. Originariamente sviluppato nel1950 per aiutare i manager aziendali a migliorare la lo-ro comprensione dei processi industriali, la dinamica deisistemi attualmente utilizzata sia nel settore pubblicoche in quello privato per l'analisi e la denizione dellepolicy[2].

La dinamica dei sistemi un aspetto della teoria dei siste-mi comemetodo per la comprensione del comportamentodinamico dei sistemi complessi. La base del metodo ilriconoscimento che la struttura di ogni sistema -le molterelazioni circolari, intrecciate e a volte ritardate esisten-ti tra le sue componenti- spesso altrettanto importan-te nel determinare il suo comportamento quanto i singolicomponenti stessi. Esempi sono la teoria del caos e delledinamiche sociali. Si anche aermato che, poich ci so-no spesso propriet del tutto (il sistema) che non possonoessere ritrovate tra le propriet degli elementi, in alcunicasi il comportamento del tutto non pu essere spiegatoin termini di comportamento delle parti.

2 Cenni storiciIl metodo della Dinamica dei Sistemi stato creato du-rante la met degli anni '50 dal professor Jay Forresterdel Massachusetts Institute of Technology (MIT). Nel1956, Forrester ha accettato una cattedra nella neona-ta MIT School of Management. Il suo obiettivo inizialefu quello di determinare in che modo il suo backgroundin scienza e ingegneria avrebbe potuto aiutare, in qual-che modo, circa le questioni fondamentali che determi-nano il successo o il fallimento delle aziende. Le intui-zioni di Forrester nelle fondamenta comuni che stannoalla base dell'ingegneria e del management, che hannoportato alla creazione della dinamica dei sistemi, sonostate attivate, in larga misura, dal suo incontro con i di-rigenti della General Electric (GE) nel corso della me-t degli anni '50. A quel tempo, i manager di GE era-no perplessi perch l'occupazione nei loro impianti nelKentucky mostravano un signicativo ciclo di tre anni. Ilciclo economico fu giudicato essere una spiegazione in-suciente per l'instabilit dell'occupazione. Dalle simu-lazioni fatte a mano della struttura di retroazione livelli-ussi degli impianti di GE, che comprendeva la strutturaaziendale di decisione per le assunzioni e i licenziamenti,Forrester stato in grado di mostrare come l'instabilitnell'occupazione in GE era dovuta alla struttura internadella societ e non ad una forza esterna come il ciclo eco-nomico. Queste simulazioni manuali sono state l'iniziodella Dinamica dei sistemi come disciplina[2].Durante la ne degli anni '50 e l'inizio dei '60, Forrestere un team di studenti laureati hanno spostato il campoemergente della dinamica dei sistemi dallo stadio della si-mulazione manuale a quello della modellazione formaleal computer. Nella primavera del 1958 Richard Bennett

1

2 3 ARGOMENTI DELLA DINAMICA DEI SISTEMI

ha creato il primo linguaggio di modellazione per com-puter della dinamica dei sistemi chiamato SIMPLE (Si-mulation of Industrial Management Problems with Lotsof Equations). Nel 1959, Phyllis Fox e Alexander Pughhanno scritto la prima versione di DYNAMO (DYNA-mic MOdels), una versione migliorata di SIMPLE, e illinguaggio della dinamica dei sistemi diventato lo stan-dard del settore per oltre trenta anni. Forrester ha pubbli-cato il primo, e ancora classico, libro nel campo intitolatoIndustrial Dynamics nel 1961[2].Dalla ne degli anni '50 alla ne degli anni '60, la dina-mica dei sistemi stata applicata quasi esclusivamente aiproblemi gestionali ed aziendali. Nel 1968, per, un im-previsto ha condotto ad un allargamento del campo ap-plicativo della disciplina portandolo al di l della model-lazione aziendale. John Collins, l'ex sindaco di Boston, stato nominato visiting professor degli Aari Urbanipresso il MIT. Il risultato della collaborazione tra Collinse Forrester stato un libro intitolato Dinamiche Urbane.Il modello Urban Dynamics presentato nel libro stata laprimo grande applicazione non-aziendale della dinamicadei sistemi[2]

La seconda grande applicazione non aziendale della di-namica dei sistemi arrivata poco dopo la prima. Nel1970, Jay Forrester stato invitato dal Club di Romaper un incontro a Berna, in Svizzera. Il Club di Roma un'organizzazione dedicata a risolvere ci che i suoimembri descrivono come la dicile situazione del ge-nere umano, vale a dire la futuribile crisi globale a causadelle richieste di consumo sulla capacit di carico dellaterra (delle relative fonti di risorse rinnovabili e non rin-novabili e dei relativi dispersori per l'eliminazione dellesostanze inquinanti) da parte della popolazione mondialein crescita esponenziale. Nel corso della riunione a Berna, stato chiesto a Forrester se la dinamica dei sistemi po-teva essere utilizzata per arontare la dicile situazionedel genere umano. La sua risposta, naturalmente, fu aer-mativa. Durante il volo di ritorno dalla riunione di Berna,Forrester cre la prima bozza di un modello del sistemasocio-economico mondiale secondo la dinamica dei si-stemi. Chiam questo modello WORLD1. Al suo ritornonegli Stati Uniti, Forrester ran WORLD1 in prepara-zione di una visita al MIT da parte dei membri del Clubdi Roma. Forrester chiam la versione ranata del mo-dello World2. Forrester pubblic World2 in un libro inti-tolato Dinamiche Mondiali.[2] Dal modello World2 deri-v il World3 sulla cui simulazione al computer fu basatoil famoso Rapporto sui limiti dello sviluppo (traduzioneerrata di Rapporto sui limiti della crescita), commis-sionato al MIT dal Club di Roma e pubblicato nel 1972.Donella Meadows ne fu l'autrice principale. Il rapporto,in base alle simulazioni eseguite al computer con il mo-dello World3, esponeva una previsione sulle conseguenzedella continua crescita della popolazione sull'ecosistematerrestre e sulla stessa sopravvivenza della specie umana.

3 Argomenti della Dinamica deisistemi

Gli elementi dei diagrammi della dinamica dei sistemisono i feedback, l'accumulo dei ussi in livelli e i ritardi.Come un esempio d'utilizzo della dinamica dei sistemi,immaginiamo una organizzazione che prevede di intro-durre un nuovo prodotto di consumo innovativo e dure-vole. L'organizzazione ha bisogno di capire le possibili di-namiche di mercato al ne di denire i piani di marketinge di produzione.

3.1 Diagrammi dei circuiti causali

Un diagramma dei circuiti causali (diagramma causale,o diagramma delle relazioni causa-eetto) una rappre-sentazione visiva dei cicli di retroazione in un sistema. Ildiagramma causale di introduzione di un nuovo prodottopu apparire come segue:

Potential adopters Adoption rate Adopters

Market saturation Word of mouth

B R

- +

++

Diagramma causale per il modello di adozione di nuovi prodotti

In questo diagramma sono presenti due anelli di retroa-zione. L'anello di rinforzo positivo (contrassegnato conR) sulla destra indica che maggiore il numero di per-sone che hanno gi adottato il nuovo prodotto pi forte il passaparola. Ci saranno pi riferimenti al prodotto, pimanifestazioni, recensioni e altro ancora. Questo feed-back positivo dovrebbe generare vendite che continuanoa crescere.Il secondo ciclo di feedback sulla sinistra di rinforzonegativo (o bilanciamento, da cui l'etichetta B). Chia-ramente la crescita non pu continuare per sempre, per-ch pi le persone acquistano il prodotto sempre menopotenziali acquirenti rimangono.Entrambi i circuiti di retroazione agiscono contempora-neamente, ma possono avere diversi punti di forza in mo-menti diversi. Cos ci si aspetta vendite in crescita neiprimi anni e poi un calo delle vendite negli ultimi anni.In questo diagramma causale dinamico:

Step1: (+) le frecce verdi indicano che Tassodi adozione funzione di Potenziali acquirenti eAcquirenti

3.4 Risultati della simulazione dinamica 3

Diagramma causale del modello di adozione di un nuovoprodotto con valori calcolati

Fase 2: (-) la freccia rossa indica che Acquiren-ti potenziali diminuiscono a causa del Tasso diadozione

Fase 3: (+) la freccia blu mostra che Acquirentiaumenta per via di Tasso di adozione

3.2 Mappe strutturaliIl passo successivo quello di creare quella che viene de-nita una mappa strutturale (o diagramma dei ussi e deilivelli). Un livello (stock) il termine per qualsiasi entitche si accumula o riduce nel tempo. Un usso il tassodi cambiamento in un livello.

Un usso modica il tasso di accumulazione dei livelli (stock)

Nel nostro esempio, ci sono due livelli: Potenziali acqui-renti e Acquirenti. Vi un usso: Nuovi acquirenti. Perogni nuovo acquirente, il livello di potenziali acquiren-ti dimunuisce da un lato, mentre il livello di acquirentiaumenta di uno.

3.3 EquazioniLa vera forza della dinamica dei sistemi viene espressaattraverso la simulazione. Anche se possibile eettuarela modellazione in un foglio di calcolo, esiste una varietdi pacchetti software che sono stati ottimizzati per questo.I passaggi coinvolti in una simulazione sono:

Denire i conni del problema Individuare i livelli (stock) pi importanti e i ussiche modicano questi livelli

Identicare le fonti di informazione che impattano iussi

Mappa strutturale del modello di adozione di nuovi prodotti

Identicare i principali circuiti di retroazione Disegnare un diagramma causale che collega i livelli,i ussi e le fonti di informazione

Scrivere le equazioni che determinano i ussi Stimare i parametri e le condizioni iniziali. possi-bile fare questa stima sulla base di metodi statistici,opinioni esperte, dati di ricerche di mercato o altrerilevanti fonti di informazione[3].

Simulare il modello e analizzare i risultati.

In questo esempio, le equazioni che modicano i duelivelli tramite il usso sono:Potential adopters =

R t0-New adopters dt Adopters =R t

0New adopters dt

Elenco di tutte le equazioni, nel loro ordine di esecuzionein ogni anno, dall'anno 1 all'anno 15:1) Probability that contact has not yet adopted =

Potential adoptersPotential adopters + Adopters 2) Imitators =q Adopters Probability that contact has not yet adopted3) Innovators = pPotential adopters 4)New adopters =Innovators + Imitators 4:1) Potential adopters =New adopters 4:2) Adopters + = New adoptersp = 0:03 q = 0:4

3.4 Risultati della simulazione dinamicaI risultati della simulazione dinamica mostrano che ilcomportamento del sistema quello di avere una crescitain Acquirenti che segue una classica "curva a S".L'aumento di Acquirenti molto lento all'inizio, quindicresce esponenzialmente per un periodo, no a tendere

4 5 NOTE

alla saturazione.

Mappa strutturale dinamica del modello di adozione di nuoviprodotti

Valori dei livelli e ussi per gli anni = 0-15

4 ApplicazioniLa dinamica dei sistemi ha trovato applicazione in unavasta gamma di settori, ad esempio negli studi sulla popo-lazione, sui sistemi ecologici ed economici, che di solitointeragiscono fortemente uno con l'altro.La dinamica dei sistemi ha diverse applicazioni nelmanagement. Essa rappresenta un potente strumento per:

Insegnare il pensiero sistemico alle persone informazione

Analizzare e confrontare ipotesi e modelli mentalisul modo in cui funzionano le cose

Approfondire la comprensione del funzionamento diun sistema o le conseguenze di una decisione

Riconoscere gli archetipi dei sistemi disfunzionalinella pratica quotidiana.

Alcuni software per computer possono essere utilizzatiper simulare un modello della dinamica dei sistemi della

situazione in corso di studio. Eseguire delle simulazio-ni what if per testare alcune politiche su tale modellopu essere di grande aiuto nella comprensione di comeil sistema cambia nel tempo. La dinamica dei sistemi molto simile al pensiero sistemico (systems thinking) ecostruisce gli stessi diagrammi causali dei sistemi dotatidi retroazione. Tuttavia, la Dinamica dei sistemi va ol-tre e si avvale in genere della simulazione per studiareil comportamento dei sistemi e l'impatto delle politichealternative[4].La Dinamica dei sistemi stata utilizzata per indagare ledipendenze delle risorse e i problemi che derivano nellosviluppo dei prodotti.[5][6]

4.1 Esempio

Diagramma causale di un modello che esamina la crescita o ildeclino di una societ di assicurazione sulla vita.[7]

La gura precedente riproduce un diagramma causale diun modello della dinamica dei sistemi creato per esami-nare le forze che possono essere responsabili della cre-scita o del declino delle societ di assicurazione sulla vitanel Regno Unito. Un certo numero di caratteristiche diquesta gura sono degne di nota. La prima che i cicli diretroazione negativa del modello sono identicati da unalettera C, che sta per ciclo di contrasto. La seconda che le barre doppie sono utilizzate per indicare i punti incui c' un ritardo signicativo tra le cause (ad esempio,le variabili alla coda delle frecce) e gli eetti (cio, levariabili al capo delle frecce). Questa una convenzionecomune nei diagrammi causali della dinamica dei siste-mi. In terzo luogo, le linee pi spesse vengono utilizzateper identicare i cicli di retroazione e i collegamenti sucui l'autore desidera che il pubblico si concentri. Anchequesta una convenzione comune per i diagrammi delladinamica dei sistemi..[7]

5 Note[1] MIT System Dynamics in Education Project (SDEP)

[2] Robert A. Taylor (2008). Origin of System Dynamics:Jay W. Forrester and the History of System Dynamics.

5In: US Department of Energys Introduction to SystemDynamics. Retrieved 23 Oktober 2008.

[3] John D. Sterman, System dynamics modeling: Tools forlearning in a complex world in California managementreview, vol. 43, n 4, 2001, pp. 825.

[4] System Dynamics Society

[5] Nelson P. Repenning, Understanding re ghting in newproduct development in The Journal of Product In-novation Management, vol. 18, 2001, pp. 285 300,DOI:10.1016/S0737-6782(01)00099-6.

[6] Neldon P. Repenning (1999).Resource dependence in pro-duct development improvement eorts, Massachusetts In-stitute of Technology Sloan School of Management De-partment of Operations Management/System DynamicsGroup, dec 1999.

[7] Robert A. Taylor (2008). Feedback. In: U.S. De-partment of Energys Introduction to System Dynamics.Retrieved 23 October 2008.

6 Bibliograa Jay W. Forrester, Industrial Dynamics, PegasusCommunications, 1961, ISBN 1-883823-36-6.

Jay W. Forrester, Urban Dynamics, Pegasus Com-munications, 1969, ISBN 1-883823-39-0.

Donella H. Meadows, Limits to Growth, New York,University books, 1972, ISBN 0-87663-165-0.

John Morecroft, Strategic Modelling and BusinessDynamics: A Feedback Systems Approach, JohnWiley & Sons, 2007, ISBN 0-470-01286-2.

Edward B. Roberts, Managerial Applications ofSystem Dynamics, Cambridge, MIT Press, 1978,ISBN 0-262-18088-X.

Jorgen Randers, Elements of the System Dyna-mics Method, Cambridge, MIT Press, 1980, ISBN=0915299399.

Peter Senge, The Fifth Discipline, Currency, 1990,ISBN 0-385-26095-4.

John D. Sterman, Business dynamics: Systems thin-king and modeling for a complex world, McGrawHill, 2000, ISBN 0-07-231135-5.

7 Voci correlate Stock e ussi Retroazione positiva Retroazione negativa

Teoria dei sistemi Pensiero sistemico Sistema dinamico Sistemi complessi Diagramma causale Teoria della complessit Dinamica delle popolazioni Equazioni preda-predatore Ricerca operativa TRIZ

8 Altri progetti

Wikimedia Commons contiene immagini oaltri le sulla Dinamica dei sistemi

9 Collegamenti esterniLibri

Desert Island Dynamics An Annotated Survey ofthe Essential System Dynamics Literature

Teoria ed esercizi pratici

Corsi

Corso online ATC Bollettino Web System Dynamics Society Corso avanzato

Organizzazioni

System Dynamics Italian Chapter L'AssociazioneSYDIC (SYstem Dynamics Italian Chapter) un gruppo di studiosi, consulenti e imprendito-ri interessati a diverso titolo alla Dinamica deiSistemi

System Dynamics Society MIT System Dynamics Group The Systems Thinker University of Bergen System Dynamics Group

6 9 COLLEGAMENTI ESTERNI

Software

Vensim Stella and iThink Powersim Consideo Simile MapSys

710 Fonti per testo e immagini; autori; licenze10.1 Testo

Dinamica dei sistemi Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Dinamica_dei_sistemi?oldid=71823668 Contributori: Baroc, CommonsDelin-ker, LukeWiller, Avesan, Simo82, Phantomas, Skymen, ^musaz, Grivalta, Cyberuly, Fire90, Luckas-bot, FrescoBot, Xqbot, Patrhoue,Dinamik-bot, Nubifer, Tenebroso, EmausBot, ZroBot, WikitanvirBot, MerlIwBot, Atarubot, Addihockey10 (automated), JYBot, Botcrux,AlessioBot, ValterVBot e Anonimo: 8

10.2 Immagini File:Adoption_CLD.svg Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/Adoption_CLD.svg Licenza: CC-BY-SA-3.0

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