Introduzione alla System Dynamics. Alberto F. De Toni Massimo Bearzi Università degli studi di Udine

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1 Introduzione alla System Dynamics Alberto F. De Toni Massimo Bearzi Università degli studi di Udine

2 AGENDA Introduzione Principi base della System Dynamics Prospettive di analisi 2

3 AGENDA Introduzione Principi base della System Dynamics Prospettive di analisi 3

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. 4

5 Discipline, strumenti ed aree logiche TEORIA DEI SISTEMI APPROCCIO SISTEMICO E DINAMICO TEORIA DELLA SIMULAZIONE APPROCCIO DINAMICO E QUANTITATIVO SYSTEMS DYNAMICS APPROCCIO SISTEMICO, DINAMICO E QUANTITATIVO TEORIA BUSINESS DYNAMICS SYSTEMS DYNAMICS APPLICATA AL MNGT APPLICAZIONI 5

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) 6

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 7

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 8

9 SISTEMA definizione meccanica «gruppo di elementi che operano insieme per un fine comune» J.W. Forrester, Principles of Systems,

10 SISTEMA definizione organica «unità globale organizzata di interrelazioni fra elementi, azioni o individui» E. Morin, Il metodo. Ordine, disordine, organizzazione, 1983 IL CERVELLO: neuroni dendriti per neurone connessioni ( miliardi) 10

11 SISTEMA COMPLESSO SISTEMA COMPLESSO ELEMENTI costituito da CONNESSIONI molti diversi molte non-lineari 11

12 COMPLICATO VS COMPLESSO Etimologia Approccio Soluzione Esempi COMPLICATO cum plicum analitico spiegato nelle sue pieghe meccanismo COMPLESSO cum plexum sintetico compreso nel suo insieme organismo 12

13 COME AFFRONTARE IL COMPLESSO COME AFFRONTARLO? Per confrontarsi con i sistemi complessi bisogna utilizzare un approccio sistemico. Il complesso va compreso nel suo insieme, non spiegato nelle sue pieghe. 13

14 SISTEMA E AMBIENTE ESTERNO VARIABILI ESOGENE AMBIENTE ESTERNO SISTEMA VARIABILI ENDOGENE 14

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 15

16 CONCETTO DI CAUSALITA X Y Siamo in presenza di un legame causale quando una variabile X influenza un altra variabile Y 16

17 CAUSALITA LINERARE vs CAUSALITA CIRCOLARE CAUSA EFFETTO RETROAZIONE VARIABILE X CIRCOLO CAUSALE VARIABILE Y 17

18 Un esempio di circolo causale IMMAGINARE NUOVI PRODOTTI AMPLIAMENTO GAMMA NUOVE POSSIBILITA DI MERCATO Ricerca & Sviluppo Vendite RICAVI UTILI POSSIBILITA DI INVESTIMENTO 18

19 Un circolo causale può coinvolgere molte variabili ad esempio in un azienda Assembly To Order Tempi di consegna Saturazione capacità produttiva Ordini Backlog 19

20 I circoli causali possono concatenarsi ad esempio in un azienda Assembly To Order Tempi di consegna Investimenti in R&S Saturazione capacità produttiva Ordini Utili Ricavi Backlog 20

21 e sovrapporsi. ad esempio in un azienda Assembly To Order Tempi di consegna Investimenti in R&S Saturazione capacità produttiva Ordini Utili Ricavi Backlog Investimenti in capacità produttiva 21

22 L impresa come sistema complesso con controllo in retroazione ambiente e mercato Criteri decisionali Azioni Sistema impresa Prestazioni Risultati Retroazione Analisi dei risultati 22

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 23

24 PENSIERO SISTEMICO Variabili endogene Struttura Sistemica (retroazione) Variabili esogene Tipo di Comportamento Eventi ( istantanee del sistema ) 24

25 STRUTTURA SISTEMICA e VARIABILI ESOGENE Tempi di consegna Investimenti in R&S Domanda di mercato Saturazione capacità produttiva Ordini Utili Ricavi Backlog 25

26 Polarità dei legami causali X Y un legame è positivo se: y x > 0 una variazione del valore di X produce una variazione del valore di Y nella stessa direzione X _ Y un legame è negativo se: y x < 0 una variazione del valore di X produce una variazione del valore di Y nella direzione opposta 26

27 Circoli positivi e circoli negativi Circoli positivi Circoli negativi legame positivo A A D () B _ D (-) B legame negativo P1. C N1. C Circolo positivo _ D A () B D A (-) B _ Circolo negativo P2. C N2. C _ 27

28 altre notazioni s Circoli positivi (auto-rafforzanti) D s A (R) B s o Circoli negativi (auto-bilancianti) D s A (B) B s legame positivo s legame negativo o variazione nello stesso verso variazione in verso opposto P1. C s N1. C s Circolo auto-rafforzante s A s A R o D (R) B o o D (B) B o Circolo auto-bilanciante P2. C s N2. C o B 28

29 Introducendo le polarità Tempi di consegna Investimenti in R&S Domanda di mercato Saturazione capacità produttiva Ordini Ricavi Utili Backlog Investimenti in capacità produttiva 29

30 ... ottengo la mappa causale Tempi di consegna Investimenti in R&S Domanda di mercato Saturazione capacità produttiva _ - _ Ordini Ricavi Utili Backlog Investimenti in capacità produttiva 30

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 vedi archetipi 31

32 Approccio qualitativo Prospettiva sistemica Prospettiva dinamica A D () B C Mappa Causale del sistema Comportamento fondamentale del sistema archetipo 32

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 33

34 EVENTI Livello del magazzino al tempo t al tempo t1 al tempo t2 al tempo t3 34

35 ed EVOLUZIONI TEMPORALI magazzino tempo 35

36 SINTESI COMPORTAMENTI FONDAMENTALI valore esponenziale valore goal-seeking tempo tempo valore valore crescita ad S tempo oscillazioni tempo 36

37 ARCHETIPI L archetipo è una struttura retroattiva generica, illustrata da una mappa causale, che è associata ad un comportamento fondamentale. L archetipo rappresenta un fenomeno compare frequentemente nella realtà. che Ne descriveremo 4 37

38 Primo archetipo : auto-rafforzamento Prospettiva sistemica Prospettiva dinamica Situazione attuale Situazione attuale () Incremento netto Tempo 38

39 Esempio di archetipo auto-rafforzamento assunzioni staff di staff di ordini di () ordini di reddito ricavi di tempo 39

40 Secondo archetipo : auto-bilanciamento Prospettiva sistemica Prospettiva dinamica Situazione attuale dal basso Situazione attuale Situazione desiderata discrepanza Situazione desiderata (-) - Discrepanza Tempo Correzione Situazione attuale discrepanza dall alto Situazione desiderata 40

41 Esempio di archetipo auto-bilanciamento - ordini di tempi di consegna (-) saturazione capacità produttiva - ordini di portafoglio ordini capacità produttiva tempo 41

42 Terzo archetipo : limiti alla crescita Prospettiva sistemica Prospettiva dinamica Azione di crescita Condizione limitante () (-) - Situazione Azione di rallentamento Situazione Condizione limitante Tempo 42

43 Esempio di archetipo limiti alla crescita assunzioni staff di reddito () staff di ordini di - tempi di consegna (-) saturazione capacità produttiva - ricavi di portafoglio ordini capacità produttiva Condizione limitante ordini di tempo 43

44 Quarto archetipo : processo di riequilibrio con ritardo Prospettiva sistemica Prospettiva dinamica Ritardo temporale azione Situazione attuale (-) Ritardo temporale misurazione - Discrepanza Ritardo temporale decisione Situazione desiderata Situazione desiderata Situazione attuale Correzione Tempo 44

45 Esempio di archetipo processo di riequilibrio con ritardo Ritardo - ordini di tempi di consegna (-) saturazione capacità produttiva - ordini di portafoglio ordini capacità produttiva Tempo 45

46 SINTESI Archetipi Auto-rafforzamento Auto-bilanciamento Situazione attuale () Situazione attuale (-) - Discrepanza Situazione desiderata Increme nto Correzione Circolo positivo esponenziale Circolo negativo goal-seeking Azione di crescita Limiti alla crescita Condizion e limitante Situazione () (-) Circolo positivo - Azione di rallentamento Circolo negativo crescita ad S Riequilibrio con ritardo - ordini di Ritardo tempi di consegna (-) portafoglio ordini Circolo negativo saturazione capacità produttiva - capacità produttiva oscillazioni 46

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 47

48 TIPI DI VARIABILI SISTEMA VARIABILI ACCUMULI FLUSSI AUSILIARIE COSTANTI 48

49 ACCUMULI E FLUSSI metafora idraulica FLUSSO ENTRANTE Variabile di flusso FLUSSO USCENTE Variabile di accumulo Variabile di flusso ACCUMULO 49

50 ACCUMULI E FLUSSI notazioni grafiche e definizione SIMBOLO SIGNIFICATO Accumulo Variabile di accumulo Il suo valore si modifica in base all entità dei flussi. Ausiliaria Variabile ausiliaria generica Il suo valore è determinato da un equazione algebrica. Costante Variabile ausiliaria costante Il suo valore non cambia nel tempo. Link di flusso Simbolo che identifica la direzione dei flussi. Link informazione Rappresenta la relazione causale tra due variabili. 50

51 ACCUMULI E FLUSSI uso delle notazioni grafiche un accumulo può variare solo a causa dei flussi al flusso corrisponde una variabile effettiva fornitura magazzino notazione grafica compatta fornitura magazzino 51

52 ACCUMULI E FLUSSI la metafora idraulica strutturata fornitura spedizioni magazzino 52

53 ACCUMULI E FLUSSI il magazzino FLUSSO ENTRANTE ACCUMULO fornitura magazzino spedizioni ordini AUSILIARIA FLUSSO USCENTE indice di copertura desiderato COSTANTE ESOGENA 53

54 ACCUMULI E FLUSSI le vendite FLUSSO ENTRANTE ACCUMULO staff di assunzioni staff di ordini di reddito AUSILIARIA ricavi di AUSILIARIA AUSILIARIA 54

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 55

56 Approccio quantitativo Prospettiva sistemica Prospettiva strutturale Prospettiva dinamica Mappa Causale Mappa Strutturale Modello di Simulazione staff di assunzioni staff di reddito () staff di ricavi di ordini di assunzioni staff di reddito staff di ordini di ricavi di assunzioni staff di reddito ordini di ricavi di staff(t 1 ) = staff(t 0 ) assunzioni(t) dt ricavi = ordini prezzo assunzioni = (% invest. staff) reddito.. 56

57 Dalla mappa causale alla mappa strutturale staff di staff di staff di assunzioni staff di assunzioni staff di assunzioni staff di () ordini ordini di ordini di reddito reddito reddito ricavi di dalla mappa causale ricavi ricavi di alla mappa strutturale RICONOSCENDO ACCUMULI, FLUSSI, COSTANTI E AUSILIARIE 57

58 Dalla mappa strutturale al modello di simulazione staff di staff di assunzioni staff di assunzioni staff di reddito ordini di reddito t 1 ordini di staff(t 1 ) = staff(t 0 ) assunzioni(t)dt ricavi di dalla mappa strutturale ricavi di = ordini prezzo assunzioni staff = (% invest. staff) reddito ricavi di staff(t t 0 1 ) = staff(t 0 ) assunzioni(t) dt ricavi = ordini prezzo assunzioni = (% invest. staff) reddito.. al modello di simulazione ESPLICITANDO QUANTITATIVAMENTE LE RELAZIONI 58

59 In particolare l equazione per ogni accumulo sarà del tipo : t 1 ( ) ( ) = '( ) = [ ( ) ( ) ] 1 A t0 A t dt IN t OUT t A t t 0 t t 1 0 dt IN Accumulo A OUT 59

60 Riassumendo Mappa Causale Mappa Strutturale Modello di Simulazione staff di assunzioni staff di reddito () staff di ricavi di ordini di assunzioni staff di reddito staff di ordini di ricavi di assunzioni staff di reddito ordini di ricavi di staff(t 1 ) = staff(t 0 ) assunzioni(t) dt ricavi = ordini prezzo assunzioni = (% invest. staff) reddito.. Accumuli Accumuli e e Flussi Flussi Equazioni Equazioni di di struttura struttura 60