Introduzione alla System Dynamics - diegm

Introduzione alla System Dynamics (SD)
e
declinazione della System Dynamics
in ambito economico-manageriale:
la Business Dynamics.
Marilisa Favretto
Università degli studi di Udine
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
• Prospettive di analisi
2
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
• Prospettive di analisi
3
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.
4
Cenni storici
• Nasce alla fine degli anni ’50 presso il MIT
(Massachusetts
Institute of Technology) 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 modeling for a
complex world (2000)
5
Discipline, strumenti ed aree logiche
TEORIA DEI SISTEMI
TEORIA DELLA SIMULAZIONE
APPROCCIO
SISTEMICO E DINAMICO
APPROCCIO
DINAMICO E QUANTITATIVO
SYSTEMS DYNAMICS
APPROCCIO
SISTEMICO, DINAMICO
E QUANTITATIVO
TEORIA
BUSINESS DYNAMICS
SYSTEMS DYNAMICS
APPLICATA AL MNGT
APPLICAZIONI
6
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
– CONCETTO DI SISTEMA
– CAUSALITA’ CIRCOLARE
– ACCUMULI E FLUSSI
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
7
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
– CONCETTO DI SISTEMA
– CAUSALITA’ CIRCOLARE
– ACCUMULI E FLUSSI
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
8
SISTEMA – definizione meccanica
« gruppo di elementi
che operano insieme per un fine comune »
J.W. Forrester, “Principles of Systems”, 1968
9
SISTEMA – definizione organica
« unità globale organizzata di interrelazioni
fra elementi, azioni o individui »
E. Morin, “Il metodo. Ordine, disordine, organizzazione ”, 1983
IL
IL CERVELLO:
CERVELLO:
1011
1011 –
– 1012
1012 neuroni
neuroni
1.000
1.000 dendriti
dendriti per
per neurone
neurone
1012
1012 –
– 1013
1013 connessioni
connessioni (1.000
(1.000 –
– 10.000
10.000 miliardi)
miliardi)
10
COME AFFRONTARE IL “COMPLESSO”
COME AFFRONTARLO ?
sistemi complessi
bisogna utilizzare un approccio sistemico.
Per confrontarsi con i
Il complesso va compreso nel suo insieme, non
spiegato nelle sue pieghe.
11
L'APPROCCIO SISTEMICO
• Nuovo modo di interpretare la realtà
• Sviluppatosi dal dopoguerra
• Non disassembla le parti
(Approccio riduzionista: "le cose equivalgono alla somma delle
loro parti”)
– I sistemi sono più complessi della semplice somma delle
loro parti.
– Studia l'organizzazione dei sistemi, piuttosto che i loro
dettagli specifici.
• Vantaggi:
– Affronta problemi complessi
– Permette di individuare strategie d'azione anche in ambiti
complessi
– Non entra nei dettagli tecnici della materia
– Svela strutture e comportamenti ad un livello di astrazione
elevato
– E’ indipendente dal particolare campo di indagine
12
SISTEMA COMPLESSO
SISTEMA
SISTEMA
COMPLESSO
COMPLESSO
costituito da
ELEMENTI
ELEMENTI
molti
diversi
CONNESSIONI
CONNESSIONI
molte
non-lineari
13
L’impresa come sistema complesso
con controllo in retroazione
ambiente e mercato
Criteri
decisionali
Azioni
Sistema
impresa
Retroazione
Prestazioni
Risultati
Analisi dei
risultati
14
SISTEMA E AMBIENTE ESTERNO: I CONFINI
VARIABILI
ESOGENE
AMBIENTE ESTERNO
SISTEMA
SISTEMA
VARIABILI
ENDOGENE
Esempi:
• Pianeta Terra
• Animale
• Società
15
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
– CONCETTO DI SISTEMA
– CAUSALITA’ CIRCOLARE
– ACCUMULI E FLUSSI
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
16
CONCETTO DI CAUSALITA’
X
Y
Siamo in presenza di un legame causale
quando
una variabile X influenza un’altra variabile Y
17
Esempio di legame causale
Un legame causale viene rappresentato così:
Nascite
Aumento della
popolazione
Questo diagramma si legge:
“Le nascite causano un aumento di popolazione”
O meglio:
“Le nascite influenzano l'aumento di popolazione”
18
Causalità e correlazione
Vendite
di gelati
Vendite
di gelati
X
Numero
di morti tra gli anziani
Numero
di morti tra gli anziani
Temperatura
media
19
CAUSALITA’ LINEARE
vs
CAUSALITA’ CIRCOLARE
CAUSA
CAUSA
EFFETTO
EFFETTO
RETROAZIONE
VARIABILE
VARIABILE XX
CIRCOLO
CAUSALE
VARIABILE
VARIABILE YY
20
Un esempio di circolo causale
Ricerca &
Sviluppo
•
•
•
IMMAGINARE NUOVI PRODOTTI
AMPLIAMENTO GAMMA
NUOVE POSSIBILITA’ DI MERCATO
•
•
•
RICAVI
UTILI
POSSIBILITA’ DI INVESTIMENTO
Vendite
21
Un circolo causale può coinvolgere molte variabili
…ad esempio in un’azienda Assemble To Order
Tempi di
consegna
Saturazione
capacità
produttiva
Ordini
Backlog
22
I circoli causali possono concatenarsi …
…ad esempio in un’azienda Assemble To Order
Investimenti
in R&S
Tempi di
consegna
Saturazione
capacità
produttiva
Utili
Ordini
Ricavi
Backlog
23
…e sovrapporsi.
…ad esempio in un’azienda Assemble To Order
Investimenti
in R&S
Tempi di
consegna
Saturazione
capacità
produttiva
Utili
Ordini
Ricavi
Backlog
Investimenti
in capacità
produttiva
24
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
– CONCETTO DI SISTEMA
– CAUSALITA’ CIRCOLARE
– ACCUMULI E FLUSSI
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
25
Circuiti a retroazione di informazione
Circuiti a retroazione
DIMENSIONE
TEMPORALE
Circuiti a retroazione
di informazione
Variabili di flusso
Variabili di livello
26
ACCUMULI E FLUSSI – metafora idraulica
FLUSSO
ENTRANTE
Variabile
di flusso
Variabile di
accumulo
FLUSSO
USCENTE
Variabile
di flusso
ACCUMULO
27
ACCUMULI E FLUSSI – notazioni grafiche e definizione
SIMBOLO
Stock
SIGNIFICATO
Variabile di livello
Flussi in entrata e in uscita
Regolatore di flusso
Sorgenti e pozzi del sistema (confini)
28
ACCUMULI E FLUSSI – uso delle notazioni grafiche
un accumulo può
variare solo a causa
dei flussi
stock
Flusso in
ingresso
Flusso in
uscita
al flusso
corrisponde una
variabile effettiva
29
ACCUMULI E FLUSSI – esempi
Conto bancario
Maturazione
degli
interessi
magazzino
fornitura
spedizioni
30
AUSILIARIE E COSTANTI – notazioni grafiche e definizione
SIMBOLO
SIGNIFICATO
Variabile ausiliaria generica
Il suo valore è determinato da un’equazione algebrica
Variabile ausiliaria costante
Il suo valore non cambia nel tempo
31
ACCUMULI E FLUSSI – il magazzino
ACCUMULO
FLUSSO
ENTRANTE
fornitura
magazzino
spedizioni
FLUSSO
USCENTE
ordini
indice di copertura
desiderato
AUSILIARIA
COSTANTE
ESOGENA
32
ACCUMULI E FLUSSI – le vendite
FLUSSO
ENTRANTE
ACCUMULO
staff di vendita
assunzioni
staff
di vendita
ordini di
vendita
reddito
AUSILIARIA
AUSILIARIA
ricavi di vendita
AUSILIARIA
33
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
34
PENSIERO SISTEMICO
Pensiero basato sulla
concatenazione
di eventi
Variabili endogene
Variabili esogene
Visione Strutturale
(organizzazione
strutturata)
Struttura Sistemica
(retroazione)
Tipo di Comportamento
Eventi
(“istantanee del sistema”)
35
STRUTTURA SISTEMICA e VARIABILI ESOGENE
Domanda
di mercato
Tempi di
consegna
Saturazione
capacità
produttiva
Investimenti
in R&S
Utili
Ordini
Ricavi
Variabile
esogena
Backlog
36
Concetto di polarità
Per interpretare il comportamento di un sistema
tramite i circuiti a retroazione è necessario
inserire il concetto di polarità:
• dei legami causali
• dei circuiti a retroazione
• dominante di un sistema (accenno)
37
Polarità dei legami causali
X
+
Y
un legame è positivo se:
∂y
>0
∂x
– una variazione del valore di X produce una
variazione del valore di Y nella stessa
direzione
_
X
Y
un legame è negativo se:
∂y
<0
∂x
– una variazione del valore di X produce una
variazione del valore di Y nella direzione
opposta
38
Notazioni polarità legami causali
Notazioni polarità legami causali
Legame positivo
Legame negativo
+
s
Variazione nello
stesso verso
-
o
Variazione in
verso opposto
39
Legami dei circuiti a retroazione:
circoli positivi e circoli negativi
Circoli positivi
+
Circoli negativi
+
A
A
Circolo positivo
+
D
+
B
(+)
D
+
B
(-)
+
_
C
P1.
+
+
C
N1.
+
A
+
A
Circolo negativo
_
D
B
(+)
_
P2.
_
D
B
(-)
–
_
C
+
N2.
C
_
40
… altre notazioni
Circoli negativi
(auto-bilancianti)
Circoli positivi
(auto-rafforzanti)
s
s
A
A
Circolo auto-rafforzante
s
D
s
B
(R)
D
s
B
(B)
R
o
C
P1.
s
s
C
N1.
s
A
s
A
Circolo auto-bilanciante
o
D
B
(R)
o
P2.
o
D
B
(B)
B
o
C
s
N2.
C
o
41
Esempi di ambiguità
+
+ Xo Prezzo
Profitti
Prezzo
-
Profitti
+
Vendite
Temperatura
Ambiente
+
Temperatura
Caffè
Raffreddamento
Non corretto
Temperatura
Caffè
-
+
Differenza
Temperature
Raffreddamento
-
+
42
Introducendo le polarità nell’esempio
precedente…
Domanda
di mercato
+
Investimenti
in R&S
Tempi di
consegna
+
+
_
Saturazione
capacità
produttiva
_
+
Utili
Ordini
+
+
+
Backlog
Ricavi
+
Investimenti
in capacità
produttiva
+
43
…ottengo la mappa causale
Domanda
di mercato
+
Investimenti
in R&S
Tempi di
consegna
+
+
+
Ordini
-
+
+
+
Backlog
Utili
Ricavi
+
_
_
+
Saturazione
capacità
produttiva
+
Investimenti
in capacità
produttiva
+
44
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
vedi archetipi
45
Approccio qualitativo
Prospettiva
dinamica
Prospettiva
sistemica
+
A
+
D
B
(+)
+
C
Comportamento
fondamentale del
sistema
+
Mappa Causale
del sistema
archetipo
46
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
47
EVENTI …
Livello del magazzino
al tempo t
al tempo t+1
al tempo t+2
al tempo t+3
48
magazzino
… ed EVOLUZIONI TEMPORALI
tempo
49
SINTESI COMPORTAMENTI FONDAMENTALI
esponenziale
valore
valore
goal-seeking
tempo
tempo
crescita ad “S”
valore
valore
oscillazioni
tempo
tempo
50
ARCHETIPI
L’archetipo è una struttura retroattiva generica,
illustrata da una mappa causale, associata ad un
comportamento fondamentale.
L’archetipo rappresenta un fenomeno
compare frequentemente nella realtà.
che
Ne descriveremo 4
51
Caratteristiche fondamentali
degli archetipi sistemici
• Descrivono una situazione problematica
• Rappresentano, tramite circuiti causali, il
sistema che ha generato il fenomeno osservato
• Fanno emergere un principio o un insegnamento
dall’interpretazione sistemica del fenomeno
osservato
52
Primo archetipo : “auto-rafforzamento ”
Prospettiva
sistemica
+
Prospettiva
dinamica
Situazione attuale
Situazione
attuale
(+)
Incremento netto
+
tempo
53
Esempio di archetipo “auto-rafforzamento ”
+
+
staff di
vendita
assunzioni
staff di
vendita
Ordini di
vendita
(+)
+
ordini di
vendita
reddito
+
ricavi di
vendita
+
tempo
Altro esempio:
Motivazione dei dipendenti
54
Secondo archetipo : “auto-bilanciamento ”
Prospettiva
sistemica
+
Prospettiva
dinamica
Situazione attuale
Situazione
desiderata
(-)
Discrepanza
Situazione
attuale
dall’alto
+
discrepanza
discrepanza
Correzione
+
Situazione
desiderata
dal basso
Tempo
55
Esempio di archetipo “auto-bilanciamento ”
tempi
+
di
consegna
ordini di
vendita
(-)
ordini di
vendita
saturazione
capacità
produttiva
+
+
portafoglio
ordini
-
capacità
produttiva
tempo
Altri esempi:
• Numero incidenti/(auto x km)
• Difettosità nei processi produttivi
56
Terzo archetipo : “limite alla crescita ”
Prospettiva
sistemica
Prospettiva
dinamica
Condizione
limitante
Situazione
Condizione limitante
Azione di
crescita
+
(+)
+
Situazione
(-)
Azione di
rallentamento
+
tempo
57
Esempio di archetipo “limite alla crescita ”
+
assunzioni
staff di
vendita
+
tempi +
di
consegna
staff di
vendita
+
(+)
-
ordini di
vendita
(-)
+
reddito
+
saturazione
capacità
produttiva
ricavi di
vendita +
+
-
portafoglio
ordini
Capacità
produttiva
ordini di
vendita
Condizione
limitante
Altri esempi:
• Crescita vegetali
• Numerosità interventi pacemaker
tempo
58
Quarto archetipo : “processo di riequilibrio con
ritardo”
Prospettiva
sistemica
Prospettiva
dinamica
Situazione
attuale
+ Situazione attuale
Situazione
desiderata
Ritardo temporale
azione
(-)
Correzione
+
Discrepanza
Situazione
desiderata
+
Tempo
59
Esempio di archetipo: “processo di riequilibrio con
ritardo”
+
Numero di clienti
Numero di
clienti desiderato
Ritardo temporale
azione
Discrepanza
(-)
Prezzo
+
+
Numero di
clienti effettivi
Numero di
clienti desiderato
Tempo
60
SINTESI Archetipi
Auto-rafforzamento
+
Auto-bilanciamento
Situazione attuale
Situazione
attuale
+
(-)
Incremento netto
esponenziale
Circolo negativo
Condizione
limitante
+
Situazione
desiderata
Situazione
attuale
-
-
(-)
Ritardo
temporale
azione
Azione di
rallentamento
+
(-)
crescita ad “S”
+
Discrepanza
Correzione
Circolo
negativo
goal-seeking
Riequilibrio con ritardo
Limite alla crescita
Azione di
crescita (+) Situazione
+
Discrepanza
Correzione +
+
Circolo positivo
Circolo
positivo
+
-
(+)
+
Situazione
desiderata
Circolo
negativo
+
oscillazioni 61
AGENDA
• Introduzione
• Principi base della System Dynamics
• Prospettive di analisi
– PROSPETTIVA SISTEMICA
– PROSPETTIVA DINAMICA
– PROSPETTIVA STRUTTURALE
62
Approccio quantitativo
Prospettiva
sistemica
Prospettiva
strutturale
Prospettiva
dinamica
Mappa Causale
Mappa Strutturale
Modello di Simulazione
staff di vendita
staff di vendita
+
+
staff di
vendita
assunzioni
staff di
vendita
+
assunzioni
staff di
vendita
reddito
ordini di
vendita
(+)
assunzioni
staff di
vendita
reddito
ordini di
vendita
ordini di
vendita
reddito
+
ricavi di vendita
ricavi di +
vendita
ricavi di vendita
staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dt
ricavi = ordini ⋅ prezzo
assunzioni = (% invest. staff) ⋅ reddito
……..
63
Dalla mappa causale alla mappa strutturale
staff di vendita
+
assunzioni
staff di
assunzioni
staff di
vendita
+
staff di vendita
staff di
vendita
assunzioni staff di
vendita
vendita
+
ordini di
vendita ordini
(+)
reddito
reddito
reddito
+
ordini di vendita
ricavi di
vendita
+
ricavi
dalla mappa causale…
ricavi di vendita
… alla mappa strutturale
… RICONOSCENDO ACCUMULI, FLUSSI, COSTANTI E AUSILIARIE …
64
Dalla mappa strutturale al modello di simulazione
staff di vendita
staff di vendita
assunzioni staff di
vendita
assunzioni staff di
vendita
ordini di vendita
reddito
t1
staff(t
= staff(t
assunzioni(t)dt
1) di
0) +
ricavi
vendita
=∫ordini
⋅ prezzo ricavi di vendita
ordini di vendita
t0
staff(t
1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dt
ricavi = ordini ⋅ prezzo
assunzioni staff = (% invest. staff)
⋅ reddito
assunzioni
= (% invest. staff) ⋅ reddito
……..
reddito
ricavi di vendita
dalla mappa strutturale …
… al modello di simulazione
65
… ESPLICITANDO QUANTITATIVAMENTE LE RELAZIONI …
In particolare l’equazione per ogni accumulo sarà del tipo :
t1
t1
t0
t0
A(t1 ) − A(t0 ) = ∫ A' (t ) dt = ∫ [IN (t ) − OUT (t )] dt
IN
Accumulo A
OUT
66
Riassumendo …
Mappa Causale
Mappa Strutturale
Modello di Simulazione
staff di vendita
staff di vendita
+
+
staff di
vendita
assunzioni
staff di
vendita
+
assunzioni
staff di
vendita
reddito
ordini di
vendita
(+)
assunzioni
staff di
vendita
reddito
ordini di
vendita
ordini di
vendita
reddito
+
ricavi di vendita
ricavi di +
vendita
ricavi di vendita
staff(t1) = staff(t0) + ∫ assunzioni(t) dt
ricavi = ordini ⋅ prezzo
assunzioni = (% invest. staff) ⋅ reddito
……..
++
Accumuli,
Accumuli,flussi,
flussi,
ausiliarie
ausiliarieeecostanti
costanti
++
Equazioni
Equazionididistruttura
struttura
67
Business Dynamics
SYSTEMS DYNAMICS APPLICATA AL MNGT
Step
StepdidiMODELLIZZAZIONE
MODELLIZZAZIONEdella
dellametodologia
metodologia
System
SystemDynamics
Dynamics
1) ANALISI DEI COMPORTAMENTI E
FOCALIZZAZIONE DEL PROBLEMA
2) ANALISI DEL CONTESTO ORGANIZZATIVO E
DEI PROCESSI DECISIONALI
3) MAPPATURA DELLE RISORSE CHIAVE
4) INDIVIDUAZIONE DI CIRCUITI DI
RETROAZIONE ELEMENTARI
5) INDIVIDUAZIONE DELLE STRUTTURE
SISTEMICHE
6) ANALISI DELLA RELAZIONE
STRUTTURA-COMPORTAMENTO
ANALISI
QUALITATIVA
BUSINESS
DYNAMICS
68
Business Dynamics (1)
ANALISI
QUALITATIVA
BUSINESS
DYNAMICS
Step
Stepper
peruna
unacompleta
completaMODELLIZZAZIONE
MODELLIZZAZIONE
della
dellametodologia
metodologiaSystem
SystemDynamics
Dynamics
7) COSTRUZIONE DEL DIAGRAMMA CAUSALE
QUANTITATIVO
8) SIMULAZIONE AL COMPUTER
9) CONFRONTO CON I DATI STORICI
ANALISI DINAMICA QUANTITATIVA
BUSINESS DYNAMICS
69