Yaman Barlas

SİSTEM KURAMI,
SİSTEM DİNAMİĞİ YÖNTEMİ
ve SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK
Sevgili Bedir Aydemir hocamızın anısına…
Yaman Barlas
Boğaziçi Üniversitesi
Endüstri Mühendisliği Bölümü,
SESDİN Laboratuvarı
http://www.ie.boun.edu.tr/labs/sesdyn/
[email protected]
Sistem Kuramı
•
•
•
‘Sistem’: kendini oluşturan parçaların toplamından farklı olan, parçalarda
olmayan özellikler taşıyan ‘bütün’.
‘Sistem’, onu oluşturan parçaların toplamından büyüktür. (‘Bir fil on parçaya
bölününce 10 küçük fil elde edilmez’).
Sistem kuramı modern bir kuram ve felsefe olarak 1900lerin başında
bilimde ‘indirgemeciliğe’ bir karşı-tez olarak başlıyor:
–
–
–
–
–
•
•
Genel Sistemler Kuramı (GST): Von Bertalanffy (Biyoloji), 1930-40…
Sistem Düşüncesi (ST): K. Boulding, R. Asbhy, S. Beer, W. Churchman, R. Ackoff, 1940-50
Sibernetik ve Kontrol Sistemleri: N. Wiener, R. Ashby, S. Beer, J.W. Forrester, 1940-50
Sistem Dinamiği: J.W. Forrester, 1950-60
…
Yukarıdaki tüm ‘sistem’ alanlarının ortak yanı, özetlenen temel sistem
kuramı ve felsefesini benimsemeleri.
Bu konuşmada esasen Sistem Dinamiği yaklaşımı ve yöntemine
odaklanacağız, ama konuşacaklarımızın çoğu tüm sistem alanları için de
geçerlidir
Sistem Dinamiği Problemleri
• Dinamik Stratejik Problemler
» Dinamik (Kronik)
» Uzun Dönemli
» Meta-Karar (‘Politika’, Karar Biçimi)
• Örnekler
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
Önlenemeyen envanter dalgalanmaları
Kronik bütçe açıkları
Enflasyon-işsizlik sorunları
İktisadi büyüme/Çevre-ekoloji sorunları ikilemi
Hızlı büyüyen şirketlerin (daha) hızlı iflası
İrrasyonel fiyat-reklam ‘savaşları’
Sağlık sisteminde anormal maliyet-fiyat artışları
Sağlık sisteminde uzun bekleme kuyrukları
Hastalık/ilaç bağımlılığı ikilemi
Terörü önleme/Tam demokrasi ikilemi
Dinamik-Sistemik Sorunlar
Tipik dinamik davranış türleri
Sistemik Sorunlar ve Sistem Dinamiği Yaklaşımı
•
•
Temel Sistemik İlkeler
– Nedensellik (‘saydam’ model)
– Döngüsel neden-sonuç
– Dinamik davranışa odaklanma
– Sistemin (iç) yapısı
Örnek
Pazar Hacmi
Satış Elemanı
Verimlilik
Müşteri Tatmini
Fiyat
Kalite
Siparişler
Neden-Sonuç Döngülerine Dayalı Sistemik-Dinamik bir
Model
Pazar hacmi
Satış Verimliliği
Fiyat
Müşteri tatmini
Gecikmeler
Satış elemanı
Yeni eleman
Siparişler
Gelir
Yeni Yatırım
Kalite
Sistemik modelin dinamiği
Dinamik Sistem Modellemesi Yöntemi
Değişken
Gerçek Sistem
Stok
Üretim
Model
Kurma
ve
Sınama
Sistem Modeli
Zaman
Değişken
I
Stok
S
PR
Üretim
Zaman
İyileştirilmiş Model
Değişken
Stok
I
Tasarım
PR
Üretim
S
Zaman
Değişken
Stok
Uygulama
Gerçek Sistemin
Yeniden Tasarımı
Üretim
Zaman
Dinamik Sistem Modellemesi Araçları
• (+) ve (-) neden-sonuç ilişkisi:
• X ------------>+ Y
(X’deki değişme, Y’de aynı yönde değişmeye neden olur)
• Pazarlama ----------->+ Siparişler
• Üretim ------------->+ Stok
• X ----------->- Y
(X’deki değişme, Y’de karşıt yönde değişime neden olur)
• Fiyat --------->- Talep
• Satış --------->- Stok
• Neden-sonuç Döngüleri
X
Y
Dinamik Sistem Yaklaşımının Araçları
• Örnekler:
Doğumlar
+
(+)
+
Nüfus
(-)
Fiyat
+
Talep
Pazarlamacı
Sayısı
+
+
Siparişler
(+)
Gelir
+
• Bir döngünün işareti, döngünün çevresindeki tüm işaretlerin
çarpımıdır.
• (-) döngü ya da dengeleyici döngü, değişkenlerini bir dengeye
ulaştırmaya çalışır.
• Örnekler:
• Fiyat-talep döngüsü dengeleyicidir.
• Nüfus
-
(-)
+
Ölüm
döngüsü dengeleyicidir.
Dinamik Sistem Yaklaşımının Araçları
(+)
döngü ya da pekiştirici döngü, degişkenlerinin sürekli olarak aynı
yönde ve de artan bir şekilde değişmesini sağlar (“kısır döngü”).
• Örnekler:
• Doğum-Nüfus döngüsü pekiştirici döngüdür.
• Pazarlamacı-Siparişler-Gelir döngüsü pekiştirici döngüdür.
• Bir sistemde, tüm ilişkilerin ve döngülerin bir arada gösterilmesine
neden-sonuç diyagramı denir.
• Değişken türleri:
STOK
AKIŞ
ARA
Dinamik Sistem Yaklaşımının Araçları
Bir sistemde, bu üç tür değişkenin birbirleriyle olan ilişkilerinin
belirtilmesiyle, stok-akış ya da yapı diyagramı elde edilir.
• Stok değişkenleri, sistemdeki temel birikimleri temsil ederler.
• Örnekler:
• Nüfus
• Envaner
• Akış değişkenleri, stoklardaki değişmeleri ifade ederler. Akış
değişkenleri, stokları doğrudan azaltır ya da artırırlar.
• Örnekler:
• Doğumlar; ölümler
• Üretim; satış
• ds/dt = ∑Akışlar; ya da s(t) = s(0) + ∫∑Akışlar•dt
• Yukarıdaki iki temel türün dışında kalan değişkenlere, modelleme
ve sunum kolaylığı için tanımlanan değişkenlere ise ara değişken
denir.
Pazar Dinamiği Modelinin Neden-Sonuç Diyagramı
Satış Verimliliği
+
Pazarlamacı
+ +
Sipariş Alma
Algılanan Gecikme
İşe Alma
+
Ücret
+
-
+
+
Toplam Gelir
Karar Aralığı
Gelir
+
Sipariş Girişi
+
Düzeltme
+
Teslimat Gecikmesi
+
-
+
Birikmiş Siparişler
+
Sipariş Karşılanması
Öğrenme
Zamanı
Pazar Dinamiği Modelinin Stok-Akış Diyagramı
Pazarlamaci
~
Satis Verimliligi
Algilanan Gecikme
Siparis Alma
Ise Alma
Karar Araligi
Düzeltme
Toplam Gelir
Ücret
Ögrenme Zamani
Siparis Girisi
Teslimat Gecikmesi
Gelir
Birikmis Siparisler
~
Siparis Karsilanmasi
Pazar Dinamiği Modelinin Dinamik Davranışı
Nüfus dinamiği modeli neden-sonuç diyagramı
(Büyümenin sınırları)
+
+
+ +
Ölümler
-
+
Nüfus +
Dogum orani
Dogumlar
Ölüm orani
+
Dogal ölüm orani
Kisi basi tüketim
+
-
Kisi basina besin
+
Tüketim +
+
Olusum katsayisi
-
+
+
Besin
+
+
Olusum
Nüfus dinamiği modeli stok-akış diyagramı
(Büyümenin sınırları)
Nüfus
Ölümler
Dogumlar
Ölüm orani
Dogum orani
Dogal ölüm orani
~
Kisi basina besin
Besin
Besinin ölüm orani etkisi
Olusum
Kisi basina normal besin
~
Besinin tüketim etkisi
Olusum katsayisi
Tüketim
Kisi basi tüketim
Nüfus dinamiği modelinin dinamik
davranışı(Büyümenin sınırları)
Sistemik bir ‘Şehirleşme Dinamiği’ Modelinin NedenSonuç Döngüleri
<Alan>
Kalabaliklasma
Net Dogum Hizi
Maaslar &
Giderler
Nüfus
Nüfus Büyümesi
Suc Orani
Ic/Dis Göç
Hava/Su Kalitesi
Barinma Baskisi
Girisimciler
Is Gücü
Kirlilik Bask isi
Suç Bask isi
Is Büyümesi
Istihdam artisi
Atik & Emisyonlar
Is Yerleri
Is olanaklari
Isler
Alan
Emlak Sektörü
Hükümet Yatirimi
Emlak Sayisi
Emlak Orani
Ev Olanaklari
Stok Denetim Yapısının Envanter Yönetimine Uygulanması:
Neden-Sonuç Diyagramı
+ siparis hatti
+
gelis hizi
+
-
-
stok
SH ayar orani
siparis karari
++
+
dagitim
gelis gecikmesi
- +
siparis hatti ayari +
+
hedef siparis hatti
+
stok faktörü
+
-
hedef stok
+
stok ayari
-
+
stok ayar orani
ortalama dagitim+
Stok Denetim Yapısının Envanter Yönetimine
Uygulanması : Stok-Akış Diyagramı
Stok Yönetim Modelinin Dinamik Davranışı
Sistemik Sorunlar ve Sistem Yaklaşımı
•
•
•
•
•
•
Sistem Düşüncesi/Yaklaşımı
Dinamik Sistemik Modelleme
Bilgisayar Benzetimi
Katılımlı Benzetim Oyunları
Katılımlı (Grup) Modelleme
Kurumsal (‘Örgütsel’) Öğrenme
Sistemik Sorunlar ve Sistem Yaklaşımı
•
Sistemlerin Karmaşıklığı
–
–
–
–
–
–
–
Stok-akış dinamiği
Geri besleme döngüleri
Zaman gecikmeli etkiler
Doğrusal olmayan etkiler
Sezgisel yetersizliğimiz
Değişkenlerin Çokluğu
İnsan Sistemlerinin karmaşıklığı
IN=50+50*t
S
OUT=20
(a)
OUT=50+50*t
S
OUT=200*t
IN=150+50*t
S
IN=20
(b)
(c)
En basit stok-akış dinamikleri (geri besleme döngüsü, doğrusal olmayan ya da
gecikmeli etkiler YOK).
Dalgalanan bir iç akış ve sabit bir dış akış uygulandığında, stoktaki dalgalanmalar bir
faz farkıyla (π/2) iç akışı izliyor: ‘Entegrasyon zaman gecikmesi yaratır’
Sistemik sorunlar için Bazı “Kalıp” Yapılar
M evcut Durum
• Gecikmeli Dengeleyici Döngü
- Örnekler: Emlak ve
(-)
Düzeltme
eylemi
tedarik zinciri dalgalanması
hedef
- Çözüm önerisi…
• Büyümenin Sınırları
Sınırlayıcı
etken
Büyüme
Eylemi
(+)
Mevcut
Durum
(-)
Kısıtlayıcı
Eylem
- Örnekler: Pazarlama sınırları
- Çözüm önerisi…
• Sıkıntıyı Başka Tarafa Kaydırma Köklü
Çözüm
- Örnekler: Başkasına yaptırma
- Çözüm önerisi…
(-)
Sorun
(+)
Yan etki
(-)
Semptomatik
(Kısa dönemli)
Çözüm
Sistemlerin Dinamiğini Zorlaştıran Bazı “Yasalar”
• Bugünün ‘sorunları’ dünün “çözüm”lerinden doğar.
• Sistem iyi davranış göstermeden önce kötü davranış
gösterir. (Ya da tersi)
• Yönetim yüklendikçe sistem daha fazla direnecektir.
• Daha hızlı daha yavaştır.
Sürdürülebilirlik Uygulamaları
– ‘World Dynamics’ (Limits to Growth)
• World dynamics (Forrester 1971)
• World, World2, World3 (Forrester et.al...)
• Limits to growth (Meadows et.al 1972)
• Beyond the limits (Meadows, Meadows & Randers 1992)
• The 30-year update (Meadows, Meadows & Randers
2004)
• 2052 (Randers 2012)
– İklim değişikliği
• Climate Interactive (Sterman 2008)
https://www.climateinteractive.org/
• C-Roads
• C-Learn
• World Climate
Sürdürülebilirlik Uygulamaları
– Güney-Kuzey Dengesizliği ve Global Sürdürülebilirlik (Yücel
& Barlas 2011)
– Sığ göl ekolojik-ekonomisinin dinamiği (Güneralp & Barlas
2003)
– GAP Projesinin uzun dönemli sosyo-ekonomik-çevresel
dinamiği (Saysel, Barlas & Yenigün 2002)
– Türkiyede Toprak Erozyonu Dinamikleri (Tozan & Barlas
1999)
KAYNAKÇA
• Barlas,Y. and B. Gündüz. Demand forecasting and sharing strategies to reduce fluctuations and the
bullwhip effect in supply chains. Journal of the Operational Research Society. 2011. 62, 458-473.
• Barlas Y. and Hakan Yaşarcan. Goal setting, evaluation, learning and revision: A dynamic Modeling
approach. Evaluation and Program Planning. 29(1). 2006. pp 79-87.
• Barlas, Y. and Özevin, M.G. ”Analysis of stock management gaming experiments and alternative
ordering formulations”. Systems Research & Behavioral Science, Vol. 21, Issue 4, 2004, 439-470.
• Barlas, Y.”System Dynamics: Systemic Feedback Modeling for Policy Analysis” in Knowledge for
Sustainable Development - An Insight into the Encyclopedia of Life Support Systems, UNESCO-Eolss
Publishers, Paris, France, Oxford, UK. 2002
• Barlas, Y. K. Çırak ve E. Duman “Dynamics of Strategic Insurance Management” System Dynamics
Review ,Vol.16, no.1, 2000a, pp. 43-58.
• Barlas, Y. ve V. Diker “A Dynamic Simulation Game for Strategic University Management” Simulation
and Gaming , Vol.31, No.3, September 2000b
• Barlas, Y. V. Diker ve S. Polat. Systems Approach to Learning and Education into the 21st Century
(Proceedings of 15th International System Dynamics Conference), Boğaziçi University Press,
İstanbul, 1997.
• Barlas Y. 1996. Formal Aspects of Model Validity and Validation in System Dynamics. System Dynamics
Review 12(3): 183-210.
• Barlas, Y., Y. Şentürk, H. Özsöz. “İstanbul’un Su Sorunu ve Yönetimi İçin bir Bilgisayar Benzetim Modeli”.
İstanbul Su Kongresi Bildiriler Kitabı, İstanbul, 1995a
• Barlas, Yaman. “Sosyo-ekonomik Sistemler İçin Araştırma Laboratuarı: Katılımlı Bilgisayar Benzetimi”.
ACIME ‘95 Bildiriler Kitabı, Antalya, Akdeniz Üniversitesi, 1995c.
• Eberlein, R.L. and D.W. Peterson. “Understanding Models with VENSIM”, in Modeling for Learning
Organizations, Morecroft, J.D.W. and J.D. Sterman (eds.) Portland, OR, Productivity Press, 1994.
• Forrester, J.W. Industrial Dynamics, Portland, OR, Productivity Press, 1961.
• Forrester, J.W. World Dynamics, Wright-Allen Press, 1971.
• Güneralp, B, Y. Barlas. “Dynamic modelling of a shallow freshwater lake for ecological and economic
sustainability”. Ecological Modelling, 167, 2003, 115-138.
KAYNAKÇA
• Meadows, D.H., D.L. Meadows, J.Randers, W.W. Behrens, Limits to Growth, Earth Island, London
1972.
• Meadows, D.H., D.L. Meadows, J.Randers, Beyond the Limits, Earthscan, London 1992.
• Meadows, D.H., J.Randers, D.L. Meadows, Limits to Growth: the 30-year update, Chelsea Green,
2004.
•Morecroft, J.D.W. and J.D. Sterman (eds.), Modeling for Learning Organizations, Portland, OR,
Productivity Press, 1994.
• Randers, J. 2052: A Global Forecast for the Next Forty Years, Chelsea Green, 2012.
• Richardson, G.P., E.F. Wolstenholme and J.W. Morecroft (eds.) Systems Thinkers, Systems
Thinking, Special Issue, Systems Dynamics Review, Vol.10, No.2-3, 1994.
• Richardson, G.P and A.L. Pugh. Introduction to System Dynamics Modeling with DYNAMO,
Portland, OR, Productivity Press, 1981.
• Richmond, Barry, et.al, STELLA II, An Introduction to Systems Thinking, New Hampshire, High
Performance Systems, 1992.
• Roberts, Nancy, et.al, Introduction to Computer Simulation : A System Dynamics Approach, Portland,
OR, Productivity Press, 1983.
• Saysel A.K., Barlas, Y. ve O. Yenigun ‘Environmental sustainability in an agricultural development
project: a system dynamics approach’ Journal of Environmental Management, 64, 2002, 247-260.
• Senge, Peter M., The Fifth Discipline, The Art and Practice of the Learning Organization, New York,
Doubleday, 1990.
• Sterman, J.D. 1989. “Modeling Managerial Behavior: Misperceptions of Feedback in a Dynamic
Decision Making Experiment.” Management Science 35(3): 321-39.
• Sterman, J. Business Dynamics. Systems Thinking and Modeling for a Complex World. McGraw-Hill,
U.S.A., 2000.
• Sterman, J. ‘Economics - Risk communication on climate: Mental models and mass balance’
SCIENCE 322 (5901):532-533 2008.
• Yücel, Gönenç and Y. Barlas. Dynamics of the North-South welfare gap and global sustainability.
Technological Forecasting & Social Change. Vol.77; 594-614. 2010.
Kuzey-Güney
Investment
(ProdCap)
Depreciation
(ProdCap)
Capital
+
+
Energy Demand
Satisfaction Fraction
-
Energy Demand
+
Depreciation
(EngCap)
Energy Capacity
+
Output Capacity
Energy Capacity
(Renewable)
+
Labor Force
Capacity Utilization
Due to Energy
+
+
Investment
(EngCap)
Output
-
+
Non-Renewable
Resource Reserves
Resource Supply
-
-
+
Extraction
Population
Output Per Capita
-
+
Energy Capacity
(Non-Renewable)
Resource
Usage
+
Desired No of
Children
Births
Emissions
Diffusion/
Decomposition
Pollution
Health Service Per
Capita
+
Life Expectancy
Deaths
Kuzey-Güney
GAPSIM
GAPSIM