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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.
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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
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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)
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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
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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
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SISTEMA – definizione meccanica
« gruppo di elementi
che operano insieme per un fine comune »
J.W. Forrester, “Principles of Systems”, 1968
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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)
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SISTEMA COMPLESSO
SISTEMA COMPLESSO
CONNESSIONI ELEMENTI
costituito da
molti diversi molte non-lineari
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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
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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.
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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
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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
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CAUSALITA’ LINERAREvs
CAUSALITA’ CIRCOLARE
CAUSACAUSA EFFETTOEFFETTO
VARIABILE XVARIABILE X VARIABILE YVARIABILE YCIRCOLOCIRCOLOCAUSALECAUSALE
RETROAZIONERETROAZIONE
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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
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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
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L’impresa come sistema complessocon controllo in retroazione
RisultatiPrestazioni
ambiente e mercato
Criteri decisionali
Azioni
Analisi dei
risultatiRetroazione
Sistema impresa
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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
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Struttura Sistemica(retroazione)
Tipo di Comportamento
Eventi (“istantanee del sistema”)
Variabili esogene
PENSIERO SISTEMICO
Variabili endogene
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STRUTTURA SISTEMICA e VARIABILI ESOGENE
Ordini
Saturazionecapacità
produttiva
Tempi di consegna
Ricavi
Backlog
Utili
Investimenti in R&S
Domanda Domanda di mercatodi mercato
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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
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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
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Approccio qualitativo
Prospettiva sistemica
Prospettiva dinamica
Mappa Causale del sistema
Comportamento fondamentale del
sistema
A
C
BD+
+
+
+
(+)
archetipo
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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
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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
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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
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Primo archetipo : “auto-rafforzamento”
Incrementonetto
+
+
(+)
Situazione attuale Situazioneattuale
Tempo
Prospettiva sistemica
Prospettiva dinamica
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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
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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”
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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
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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
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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
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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
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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
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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