系统动力学：组织学习实验室.pdf

系统动力学:组织学习实验室上海理工大学内容提要系统动力学是门沟通自然科学和社会科学等领域的交叉学科。本书从 理论和应用各个方面叙述了系统动力学处理实际问题的基本原理、思想和方法;介绍了系统动力学的孕育、诞生和成长过程以及系统动力学在国内外取得的重大 研究成果。本书对系统理论工作者、理工科大专院校师生、各类管理人员和研究 人员等有一定的参考价值。2目 录前言第一章 系统动力学的孕育、诞生、成长1.1近代西方实验科学对系统动力学创立的孕育作用1.2近现代科学技术的发展推动了系统力学的诞生1.3福瑞斯特的贡献和系统动力学的成长历程 第二章系统动力学的问题、思想、方法。2.1 系统动力学研究哪些问题2.2 切特兰德软系统思维观是系统力学的思想基础2.3系统力学的基本方法第三章系统动力学建模基础3.1思维模拟与决策陷阱3.2系统观与方法论3.3建模原理与步骤3.4建模的基本工具3.5模型的基本模块第四章DYNAMO：系统思考的计算机实现4.1 历史与简介4.2 时间机构与计算顺序4.3方程类型4.4函数4.5注释与输出4.6 高级 DYNAMO第五章系统动力学模型的经典案例5.1 从现实系统到模型系统5.2 污染净化模型5.3库存模型5.4捕食者与被捕食者模型第六章系统动力学模型:政策实验室6.1世界模型6.2美国国家模型6.3中国国家模型第七章系统动力学:组织学习实验室（实际案例分析）7.1案例:上海市住房需求趋势分析7.2案例二：国有企业期股激励机制的系统动力学研究7.3案例三：国有研究所毛利分配机制改革系统动力学研究7.4案例四：上海市私家车市场需求的SD模型研究第八章思考与展望8.1关于系统动力学范式的再思考8.2系统动力学的地位及与相关学科的关系8.3系统动力学展望附录:系统动力学模拟软件Vensim使用指南3系统动力学组织学习实验室刖 百伽俐略在比萨斜塔上证实了自由落体定律,居里夫人在实验室里发现了放射 性元素镭、客观世界的许多定律和发现都是依靠实验手段来完成的。然而,客观 世界中还存在着一大类难以用具体试验来解决的问题,比如彩电的寿命,地下矿 藏的形成,物价改革的决策选择,城市发展的趋势分析,等等。对于这些问题,虽然有时基于历史经验的思维模拟方法可以提供一点帮助,但是思维模拟常常是 不明确、不完善和不全面的,很容易坠入决策的陷阱中去。系统动力学作为门 分析研究信息反馈系统的综合性新学科,提供了一个认识和解决实际系统问题的 实验室。系统动力学自1956年创始以来,已经得到了很大的发展,其应用范围已遍 及社会、经济、教育、商业、金融、企业、政治、军事、医学、生物等众多领域,并取得了显著的成果。但是,在国内系统动力学的发展起步比较迟,有关的（尤 其是中文的）文献资料很少。写作本书最主要的目的,就是要为系统动学理论 与应用感兴趣的系统理论工作者、大专院校师生以及各类管理人员和研究人员提 供一本参考读物,以促进系统动力学在我国的普及和发展。4第一章系统动力学的孕育、诞生、成长1.1近代西方实验科学对系统动力学创立的孕育作用1）传统的自然科学方法以及伽俐略的变革自然科学研究有其方法论基础,在一定的方法论指导下,自然科学必然沿着 一定的方向探索。如果方法论正确得当,这种探索将使自然科学得到迅速发展;反之,则可能使自然科学研究停滞甚至倒退。基于人们对世界的认识与探索,形成了古代的科学思想与方法、中世纪的科 学思想与方法。在文艺复兴之前的传统科学思想与方法中,没有比亚里士多德的 思想与方法更显得神圣与重要的了。亚里士多德通过研究运动学、天文学、动物学、抽象并总结出有其特色的科 学研究方法,这即是以演绎逻辑的方法来对自然世界进行研究,以获取科学知识。他认为论证是获取科学知识的主要认识方式与途径,演绎逻辑的三段论式是其论 证的方法基础。不容置疑,亚里士多德的演绎逻辑科学方法对古代以至中世纪科学的发展（甚至近代、现代的科学发展）都产生了极其重要的影响。演绎逻辑的方法对科 学假说的形成与完善,甚至对整个世界体系的形成都产生了积极的作用,推动了 自然科学的发展。但遗憾的是,中世纪的科学界笼罩在宗教气氛中,亚里士多德的思想被宗教 化与神化了,整个自然科学处于被残酷扼杀的境遇之中。由于自然科学的思想方 法论被限止在演绎逻辑的框框之中,些难以运用演绎逻辑方法的科学门类就无 法得到发展。止匕外,为了完善学科的体系（公理体系及逻辑体系）,不得不人为 地加入许多“修正”与“限界”,在科学中加入了许多人为的臆想与猜测,使科 学变得千疮百孔。为了保证学科的完整与正确,还人为地设置了许多禁区,这又 极大地扼杀了科学发展的活力。托勒密的地心说即是一例。为了使托勒密的地心 说体系保持完整,对其修正不断增多,以致到15世纪托勒密体系的圆圈增至80 多个,超过了亚里士多德天球的数目。1516世纪的文艺复兴运动也对统治科学界的宗教产生了冲击波:哥白尼的 日心说揭开了近代自然科学的序幕,是向神学发出的挑战书,是自然科学的“独 立宣言”,其科学意义是无与伦比的。然而,作为向神学挑战的日心说,从方法 论上而言并未有太大的创新。是伽俐略借助望远镜观察天体得到的一系列重大发 现。借助其力学思想以及天文学中的新发现,进步捍为与丰富了哥白尼的日心 说。更重要的是,伽俐略创立了科学的实验方法,为自然科学的研究方法开辟了 个崭新的历史时期。伽俐略发扬了意大利文艺复兴时期思想解放的传统,以实验事实为依据,坚 信科学的结论必须经受实验的检验,通过实验检验的科学结论将是不以人的意志 为转移的。伽俐略认为个平凡的人只要找到真理,将会使一千个亚里士多德陷 于困境。在归纳与演绎逻辑推理的问题上,他认为在实际的认识问题过程中归纳 是先于演绎的。伽俐略把自然科学的研究带入实验方法的新阶段,在他的实验方法中,理性 的使用并没有被忽略,他以理性思维发现并指出亚里士多德关于自由落体运动的 错误论述（物体的重量越大则下落的速度越快）,以著名的比萨斜塔实验来论证 他自己的假说。为了克服塔不够高,物体下落过快,观察时间过短,难以得出明 确结论的不足之处,他设计了斜面实验。由于可以通过人工控制斜面的长度与倾 5角,小球在斜面上滚动的速度与时间均可控制,易于观察。在这里,逻辑推理的 方法弥补了实验条件的不足,从而使在斜塔实验中所不能解决的问题在书桌的斜 而上即可解决,把自然科学的问题带到实验室中来了。自伽俐略之后,大至天体运动、海洋潮汐运动,小至分子运动、微生物运动 等问题,都被带进了小小的实验室中。科学实验方法的发展大大改变了人类自身 理性认识以及观察、经验之不足,使人类的理性推理可建立在严密的实验基础之 同时,克服了人类自身的生理以及人类个体生命的限制,也克服了人们在时 间、空间跨度上认识能力之不足。伽俐略在自然科学方法上揭开了崭新的页。2）传统的社会科学研究方法以及福雷斯特的变革自然科学中演绎的思维方法从占绝对统治地位让位于科学实验方法与理性 思维并重的科学方法,这在16世纪即已实现。相比较而言,社会科学中科学实验的方法则要推迟到20世纪。社会科学的研究对象比自然科学更为复杂,这主要体现 在以下几个方面:自然科学中,许多现象都是可以通过实验来进行观察的。相对而言,社会科 学中这种可以通过实验室来进行观察的对象较少,观察的难度增大。自然科学中,由于各种度量衡来进行度量、观察。有一些变量其量纲只是这些基本的度量衡的 组合,因而也可通过对观察对象的测量来得出。相对而言,社会科学中度量衡不 全,测量也就变得更加困难。此外,自然科学中,人的观测大多可置于研究、观 察对象之外,因而对观察对象的影响不大,观察精度较高。而包括人类自身的社 会科学则由于观测者往往也是被观测对象,因而必然会大大降低观测的精度。社 会科学的可观性比自然科学要差,其观测难度也较大。自然科学中,许多实验可以控制在一定的条件下进行,如自由落体实验可以 控制在高度可自由调节的斜面上进行,这样斜面上小球的下降速度与时间均可得 到控制。相对而言,社会科学中可控性则较差,许多社会科学问题难以象自由落 体运动转换为斜面运动那样容易实现对问题的控制。自然科学问题具有较好的重构性,也就是说可以通过人工实验手段再现所研 究的问题。但社会科学问题的可重构性则较差,一般难以通过人工手段重现所研 究的问题。这主要因为社会问题包括了研究者自身,研究者自身的观点、行为必 然影响研究对象,这样重现个包括研究者自身的研究对象就必然有较大的困 难。由于社会科学问题的能观性、能控性与可重构性比自然科学问题较差,因而 在社会科学中创立并发展科学实验方法就必然较难。因为就理论上而言,研究对 象可观、可控与可重构性是把研究对象引入实验室的必要条件。可观性说明研究 对象可以通过观测来测度可控性说明研究对象可以通过一定的控制手段引入实 验之中使其易于研究。可重构性则说明研究对象可以通过人工手段进行再现。若 无可观、可控与可重构性,则科学的实验方法就无从谈起。社会科学自身所具有的困难使得社会科学的研究方法在20世纪以前仍基本 上停留在传统的方法之上,也就是注重理性思维而忽视感性观察与认识,注重演 绎推理而忽视归纳推理,注重定性研究而忽视定量研究,注重机械的因果决定论 而忽视辩证的因果循环论。更为重要的是缺乏适合于社会科学的科学实验方法,尽管出现过类似于封闭式的乌托邦实验,但从根本意义上而言,整个社会科学中 没有科学的实验方法与手段。美国麻省理工学院的福雷斯特教授在20世纪60年代创立了适用于社会科学 的实验方法,实现了社会科学方法的变革。福雷斯特基于20世纪50年代发展起 6来的系统论、信息论、控制论、组织理论与计算机技术,创立了一门崭新的学科 系统动力学,这门学科实现了把社会科学问题带到实验室里来研究的梦想,并已成功地在实验室里研究了工业企业的生产、组织与管理问题、城市问题、世 界的繁荣与衰退问题、国家的经济滞胀及人口增长等系列社会科学问题。1.2近现代科学技术的发展推动了系统动力学的诞生科学的发展离不开必要性与可能性。必要性所产生的张是科学家们所致 于某种研究与探索讨的动,可能性则为这种研究与探讨准备了成功的条件。几个世纪以来,科学发展的浪潮对系统动力学的孕育已是千呼万唤了。(1)科学的分崩离析呼唤着新学科出世自从科学从古希腊的包罗万象的哲学中分离出来以后,由于科学自身发展的 需要,新的学科不断涌现,学科门类的越分越细使得科学家更适于集中精力从 事专门的研究,同时,也使得各学科自身的体系更加完善与系统。(2)自然科学与社会科学在知识体系与方法上的鸿沟要求尽早找到合适的 填补方法自然科学自从与哲学分离之后,由于生产的需要获得了飞速的发展,形成 了门类众多的学科结构与体系。相对而言,社会科学形成独立学科体系比较晚,其学科结构也不够齐全,知识体系也不够完善。自然科学与社会科学在方法上 存在着较大的差异。自然科学工作者注重数量方法,朝着精确化方向发展;注 重实验方法,求以实验手段来探讨问题,验证与证实假设;注重逻辑的方法,一般是归纳与演绎方法并举,先归纳后演绎。社会科学则注重定性方法,以定 性方法来研究问题的机理与行为特征;难以进行实验,对假设或理论的检验只 能基于社会的发展史实。有些理论或假设甚至无法通过社会进程来检验的;社 会科学也注重逻辑方法,但相对而言,演绎与归纳推理的应用程度均不及自然 科学那么广。3)缺乏有效的科学实验方法阻碍了社会科学的发展如前所述,由于人的行为对研究对象的影响作用,社会科学不象自然科学 那样能够容易地把研究对象孤立起来,通过人工的方法来模拟问题的背景,使 之在实验室里模拟实际运行情况;社会科学问题中的某些具有较大的时间、空 间跨度特征以及些规模太大、结构复杂的问题,由于人类自身认识能力的限 制难以进行研究。实践已经证明,要在一个孤立的小岛上实现乌托邦是不可能 的。社会科学由于缺乏科学的有效的实验方法,在很多方面都制约了其自身的 发展,使得社会科学的理论与假设难以证实与检验,这样实际上制约与延缓了 社会科学发展的进程。(4)经济学方面微观与宏观之间的分离亟需弥合微观经济学与宏观经济学两者的理论基础与方法基础均存在着很大的差 异,因此经济科学发展到今天,它呼唤着微观、宏观经济学之间的分离早日弥 合,使经济学的体系更加完善,逻辑体系更加严密,形成一门完整的科学。事实上,在许多学科中,微观分析与宏观行为的研究都是相互脱节的:一 方面是严密的微观分析,另一方面是“唯象”的宏观行为研究,但到底微观机 制是如何上升到宏观行为,却大都不得而知。经济科学中的微观与宏观脱节是 如此,早期物理中的热力学与统计力学的脱节也是如此。可见,科学的发展对系统动力学的孕育已是势在必然了。7一方面,科学的发展为系统动力学的孕育提出了强有力的需求,另一方面,科学的发展也为系统动力学的孕育准备了良好的温床。在哲学上,从古希腊亚里士多德的整体论为主流,发展到18世纪的还原论 占主流,再发展到20世纪贝塔朗菲的系统论。整体论、还原论特别是系统论考 察研究对象的方法,为系统动力学从系统的高度、角度研究问题准备了充分的 理论基础。在思想方法上,尤其是在研究事物发生的因果律方面,科学的发展也为系 统动力学的孕育准备了充分的条件。在否定与批判了事物发展规律的不可知论 之后,牛顿通过研究线性系统,得出了机械决定论的观点,也就是说从已知事 件开始的状态及其运动方式即可推出事件在整个历史发展过程中任一时刻的状 态。机械决定论具体应用到历史学科之中,即成为历史决定论。从对牛顿的机械决定论进行深入的研究并结合实际情况之后,人们发现现 实世界并不象牛顿所描述的那样有确定性的。相反,现实中弥漫着不确定性,但这些不确定性并不是不可知的。通过对事物发生规律不确定性（随机性）的 研究,玻恩创立了模糊因果律,也就是随机决定论。随机决定论的推出,丰富 与发展了事物发展规律的研究成果与内容。进步考察事物发展规律以后,人们进而发现牛顿的单向因果关系只是在 极少数极为简单的系统中成立,对许多问题而言,存在着复杂的因果关系,原因与结果在许多时候是不可分开的,原因是上一级的结果,结果又是下级 的原因,并由此构成因果循环链,所有的因与果因素都由这条链联结在起,循环因果论由此提出。这种循环因果论在现代许多科学家的著作与思想中都有 体现,其中特别明显的是贝塔朗菲的一般系统论、哈肯的协同学、拉兹洛的系 统折学等等就具体方法而言,20世纪初,自爱因斯坦的相对论提出之后,在科学上形 成了一系列突破,并形成了以“系统”为特征的新的学科体系。维纳创立的控 制论考察了受控系统在外界控制作用条件下的运行,并且为在实验室里进行功 能模拟创立了以“黑箱”为特色的新方法;香农创立的信息论为信息的编码与 传递进行了理论上的准备,并对决策的信息基础作了有益的探讨;更为重要的 是,贝塔朗菲提出的一般系统论以及后来形成的一系列系统理论,为有效地从 系统的角度来研究与考察系统的运行与控制及系统的内部机制的调节,准备了 充分的条件。就技术而言,20世纪初发明的电子计算机技术为复杂系统的研究提供了技 术上的条件,因为计算机可以方便地处理复杂系统的数据收集与整理、运行机 制分析与研究等等。至此,系统动力学的诞生已是呼之即来了。1.3福雷斯特的贡献和系统动力学的成长历程综合就是创造,成功的综合其创造价值是无与伦比的。科学的发展呼唤着为社会科学的科学实验提供有效的方法,科学的发展又 为实施这种条件创造准备了充分的条件,但这并不是说系统动力学的诞生已经 完成,或者说可自然地、容易地完成。成功地完成这综合要求必须站在现代 科学的前沿,深入洞察科学发展所提出的需求,深入研究满足这种需求的实际 上可能存在的条件,并充分地利用这些条件,只有这样有可能完成这艰巨 的任务。福雷斯特正是经历这样个艰巨的过程之后,创造性地完成了这一重 8任。福雷斯特早年就学于麻省理工学院,主攻通讯工程,较早地接触了先进的 通讯理论,具备了一些信息论方面的基础;二次大战中,他作为雷达工程师维 修过当时先进的雷达。50年代维纳在麻省理工学院创立的控制论,对麻省理工 学院乃至整个科学界都产生了深远的影响。维纳是在考察二次大战后的通讯与 自动控制技术之后,站在个更概括的理论高度,抓住通讯与控制系统本身的 结构必须适应它所接受与加工的信息这统计性质,突破了传统的力学方法,摆脱了拉普拉斯决定论及机械的唯物论,根据自动控制系统随周围环境的某些 变化来调整自己运动的特点,把控制论建立在统计的基础,这样控制论中渗 入了统计的、进化的观点。信息论与控制论中都包含着一些系统的思想,系统论的提出总结、充实、完善了这些思想,系统论不单纯提出以系统的角度来考察、研究问题,而且对 系统的结构、行为变化、系统的功能进化均有研究。福雷斯特认真地吸取了这 些思想与方法,使系统动力学的综合能够站在现代科学方法的前沿。信息论、控制论、系统论的方法都是自然科学方法,要使这些方法应用到 社会科学中去并完成社会科学研究方法上的突破,还必须深入研究社会科学,洞察社会科学所面临的问题,综合利用社会科学的基础与理论,福雷斯特成功 地完成了这转变。二次大战之后,福雷斯特转到麻省理工学院的斯隆管理学院,深入地学习 了作为社会科学中的综合学科的管理科学,学习并研究了经济学、组织理论、管理决策理论等学科,意识到经济学中的微观经济学与宏观经济学的脱节,组 织理论在实际中缺乏较强的系统性与应用性,决策理论则由于决策工具的不成 熟,实际上难以成为真正的科学。无论是经济学、组织理论还是决策学,社会 科学缺少并严重需求的科学实验方法已被福雷斯特所意识到。他认识到应该为 社会科学的科学实验方法做出贡献了。并且,自然科学已为这种科学实验方法 的创立准备了理论基础与实际应用背景,而他本人则已具备了自然科学与社会 科学两方面的知识背景与理论基础,理论的创新已成为可能。值得一提的是,福雷特斯特在技术方面也站在现代科学的前沿。20世纪40 年代发明的电子计算机技术代表了当代技术的最前沿。就理论说计算机的发 明解决了“计算”与逻辑推理的高难问题,使数据收集、整理、计算均可容易 地实现,把人从繁重的、机械的脑劳动中解放出来;就应用上说,计算机的 发明武装了一系列技术,使许多技术都带上一定的“智能”,技术的运用范围大 大扩展。福雷斯特在转入斯隆管理学院之前曾潜心研究过电子计算机技术,发 明过电子计算机上的有关硬件,并获得了几项专利。这一段经历为系统动力学 的创立准备了技术上的基础,使系统动力学不仅具有现代最新的方法论基础,而且也具有技术方面的最新的、最强的能力。不容置疑,如果没有计算机技术,系统动力学的创立是不可思议的,因为系统动力学研究的是复杂系统行为,其 因果关系是极其复杂的。虽在一定的智能基础上这些系统的行为可建立在一定 规则上,靠枯燥而繁琐的工作来完成,但工作量极大,靠人来完成则困难重重。而且,实验是一项不断探索的过程,是在摸索中前进的。如果依靠人来计算与 推理,则每一次尝试都要耗费大量的精力与物力。如果人不从这类繁重的劳动 中解放出来,就不可能进行多次试验以寻求解决问题的合适方法。福雷斯特站在现代方法论的最前沿,站在现代技术的最前沿,洞察了社会 科学的需求,并有从事自然科学与社会科学两方面的经验,通过深入而细致的 9工作,成功地创立了系统动力学,使系统动力学成为社会科学中科学的实验方 法。196I年麻省理工学院出版社出版了福雷斯特的工业动力学,从而正式 宣告了综合系统论、控制论、信息论、组织理论,并藉于计算机技术的系统动 力学的诞生。系统动力学自诞生之日起就不断经受挑战与考验。这种考验既有来自理论 上的,又有来自应用上的;既有内部的,又有外部的。挑战也是种发展的契机,系统动力学经历了四次严峻的挑战,同时也因 此成为它发展的四个里程碑。第一次挑战:从业动力学到城市动力学。标志系统动力学诞生的业动力学是以工业企业为研究对象的。业动 学站在企业全局也就是系统的高度,通盘研究企业的生产、组织、产品库存、营销策略,并以市场为外部环境,以销售为前题,考虑企业内部的信息传输与 决策行为,动态地、全面地研究了企业的发展策略。福雷斯特从系统的高度考 察系统内信息的收集与传输及传输延迟,通过组织理论研究了企业系统的组织 结构与机制,最终建立了计算机模型。基于这计算机模型,企业的发展状态、限止与激励企业发展的诸因素、企业的外部政策环境、企业的决策点均清晰可 见。更重要的是,通过对企业发展行为的研究,可寻求并反复模拟各种企业政 策对企业发展长期发展的作用,可以科学地实验企业在各种政策作用下的发展 状况。这样,把企业的发展带到实验室里,为科学的决策提供了非常有益的 具。以工业动力学来研究企业的发展行为确是种创新。它突破了管理上研究 企业行为与企业管理的两大类方法,即案例研究法与管理原理方法的界限。以 哈佛大学为代表的案例研究法是通过些具体案例的研究来进行管理教育,以 案例的方式来探讨企亜发展的特殊性,并根据特殊性进行企业的管理、组织。很显然,案例法可以较深入地探讨特殊性,但这种探讨以定性较多,定量较少,并且一般难以使之动态化,因此难以看出长期发展趋势,难以根据预测来决策,使决策建立在较科学的基础上。以麻省理工学院为代表的管理研究方法是管理 原理的认识方法,即先研究一般性的管理原理,再把这类一般性原理具体应用 到工业企业部门,使之发挥作用。此类研究突出了一般原理,对特殊性研究不 够;同时,一般而言,对业企业动态性研究也不够,长期决策也不是建立在 长期预测的基础之上的。业动力学方法综合接收了业企业管理中的两大 类方法的优点,以一般原理指导模型的建立,但具体模型是根据所研究问题的 实际情况建立的,并且所建立的模型是动态的,可以反应长期行为趋势,使决 策建立在对系统的长期行为有较大把握的基础上。业动力学突破了传统的两类业管理研究方法,又吸收了两类方法 的优点。止匕外,由于模型本身的设计具有处理非线性、时变、时滞、大系统等 因素的特点,在进行模拟时可以方便地多次运行以帮助决策,其提出的理论与 方法在工业部门的应用取得了巨大的成功,对企业中的投资、库存、销售等问 题的研究都颇有建树。作为项在处理高阶、非线性、时变大系统方面颇具特色的理论与方法,业动力学所标志的系统动力学的理论与方法必须进行深入的提炼,使之更适 用于一般系统与问题。福雷斯特于1968年出版的系统原理正是体现了这种 升华。系统原理作为一本教科书,简明清晰地叙述了系统的特性、系统动 10学的基本理论与建模方法、系统动力学的专用模拟语言DYNAMO等。书中的基本 原理与方法都具有一般性,适用于广泛的领域,实现了把系统动力学提高到更高 的理论水平和开拓到更广的应用领域。业动力学中研究的主要是微观问题,作为项新的理论与方法,系统 动力学能否应用于更宏观一些的问题,这是系统动力学所面临的第一次挑战。福 雷斯特在1969年出版的城市动力学是对这挑战的冋答。城市动力学与业动力学中所研究的微观问题企业问题,上升 到更复杂、更宏观的问题研究城市的发展,城市问题是个相当复杂的问题,包括了市内交通、商业、人口、住房等等一系列子问题。这些子问题之间相互联 系、制约,使整个大问题显得错综复杂。福雷斯特研究了这些复杂的问题,并从 制约城市发展的诸因素入手,着重探讨了城市发展的长期行为,为城市发展政策 的制订提供了一些有益的理论与应用的成果。事实证明,系统动力学完全可以应 用于宏观的、复杂的问题,并取得成功。第二次挑战来源于罗马俱乐部的要求。致力于全球问题研究的罗马俱乐部成 立于1969年。自成立以来,罗马俱乐部千方百计地寻求现代的、有效的方法来 研究全球所面临的问题,但由于全球问题规模太大,因素复杂,如非线性因素、时变因素等等,使许多学者不敢问津,也使许多方法显得有些苍白无。在罗马 俱乐部寻求解决问题的方法的同时,福雷斯特所领导的麻省理工学院小组已经在 从事全球问题的研究,并完成了“世界模型 I号”。罗马俱乐部负责人在访问麻省理工学院时巧遇福雷斯特,在了解了学科特点 之后,请福雷斯特带领麻省理工学院的系统动力学研究中心人员参与研究。这次 研究促使福雷斯特于1971年出版了世界动力学;米都斯等于1972年出版了 轰动全球的增长的极限,1974年出版了走向全球的平衡、有限世界的增 长动等。以世界模型的方式来成功地、全面地研究社会、经济、军事等问题,对于系统动力学来说差不多是第一例。系统动力学经受了这次考验,并在考验中 发展了自己,从实践的意义上讲,系统动力学使人们看到了以科学实验的方式来 探讨全球所面临的问题的光明前景。系统动力学在研究全球模型这样个复杂问题上,发挥了自身的特色。以增 长的极限为例,书中全面研究了全球的粮食、人口、环境污染、军备竞赛与自 然资源等5个问题,找出了制约全球发展的主要因素,并以实验模拟的方式探讨 了全球发展的可能前景。把整个世界的发展放在个非常复杂的背景上考虑,这 种研究方式对其它方法而言是不可思议的。经受这次挑战之后,系统动力学发展得更为成熟了,并且实现了从微观到宏 观的全面研究,同时在模型的建立、边界划分等许多方面积累了更多的经验。第三次挑战来自应用系统动力学方法对美国国家模型的研究。在这研究 中,系统动力学以微观机制构成宏观行为,从银行、财政、税收、住房、劳、资本等十几个方面全面研究了美国经济,揭示了长期争论不休的经济滞胀的原因 和长期不明的经济长波、中波、商业周期等现象的原因。这一次系统动力学经受 了更大的考验,同时也取得了更大的发展。第四次挑战,表现为系统动力学与组织学习理论相结合,创立了学习型组织 五项修炼的理论和方法,这项工作是由福雷斯特的学生彼得圣吉在上个世纪九 十年代初完成的。面对变革的时代,组织唯有走创新之路才能避免挫折与失败,组织唯有进行有效的学习才能找到应对之策,求得生存和发展,学习型组织的五 项修炼是组织学习的非常实用的项管理技术,其中第五项系统思考就是积 11系统动力学三十多年探索的成果积累。它是创建学习型组织的思想基础,学习型 组织的四项核心修炼是:自我超越,心智模式,共同愿景,团队学习。五项修炼 的提出和推广常用,效果非常好,如今它已成为从经济组织、社会组织到政治组 织纷纷效仿的样板。系统动力学自诞生以来,经历了四次重大的挑战,并在迎战中获得了辉煌的 发展,实现了从最初的工业动力学到般动力学、从微观领域到宏观领域的转变。这种转变不仅是在研究方法上,更重要的是在理论水平上的上升。12第二章系统动力学的问题、思想、方法在第一章里,我们已看到了系统动力学的轮廓,下面我们逐渐揭去其面纱,看看究竟什么是系统动力学。要规范门学科,也许最好是从它究竟能解决什么问题、形成了什么思想、创造了什么方法开始。至于系统动力学的具体技术,我们留至下一章来论述。读 者也可跳过这一章,先读后面几章,然后再冋过头来读这一章。1.1 系统动力学研究哪些问题（1）软科学所能解决的几类问题要了解系统动力学,我们必须首先明确它究竟能解决哪类型的问题。系统 动力学作为软科学技术庞大家族中的一个成员,它所能解决的问题当然也只能是 软科学所能解决的众多问题中的一部分。我们先来粗略地冋顾总结下迄今为止 软科学所能解决的种种问题的类型。软科学诞生于四五十年代,成长于六七十年代。它所能解决的问题涉及生态、科技,经济、社会中资源的有效利用问题、组织管理协调问题、公共政策的制定 问题,甚至政策制定系统的改进问题。纵观软科学的发展史,我们可以粗略地将 其分为三个阶段:运筹学的诞生与成长（40年代）,系统分析的诞生与成长（60 年代）,政策科学的诞生与成长（70年代）。每一新技术的问世都有其现实的背景,促使软科学个又一个新生儿的诞生之动因,是现实世界问题的复杂化以及软科 学注意焦点的转移。今天软科学所能解决的种种问题可大致分为下面几大类:运筹效率问题（改进现行系统之运行效率）；.资源配置问题（生产的空间布局,生产要素的合理使用等）；.项目评估;.建立新系统（经典意义下的系统工程）；.系统估价;.规划与预算;.战略选择;.政策设计与政策分析;,改进政策制定系统（如中国的政治经济体制改革）等等。上述这问题类型序列大致反映了软科学的研究对象由结构化问题向非结 构化问题的转移,也预示着软科学研究方法从40年代的运筹学到50年代的系统 分析到六七十年代的政策科学之发展。运筹学所能解决的典型问题（运筹效率的 改善、资源的合理配置等类型的问题）一般具有下列特征:单决策者（或决策者 是合作者）;系统的政策、目标给定。系统分析所能解决的典型问题之特征是:群体决策;政策与目标往往不是给定的,因而必须在个更大的社会技术系统中 对所研究之系统进行分析与设计。而对于现代政策科学来说,它所能解决的问题 大都是公共政策的制定问题,甚至是政策制定系统本身的改进问题,这类问题的 一般目标、系统、政策都是不确定的。（2）现实世界问题的特征上述各种类型的现实世界问题,尽管具体表现形式会有很大的区别,然而也 存在些共同的特征。读者不妨以大城市交通问题的解决为例来考虑一下这些特 征:13 与问题相关的系统包含大量彼此相关但性质上又根本不同（因而是可识别的）的影响因素,为此研究中必须考虑许多变量;各种影响因素之间的关系错综复杂,彼此之间的关系一般表现为非线性性,而且这种关系难以确定;问题之表象交织存在于广阔的空间与漫长的时间跨度（过去、现在、未来,短期、中期、长期）上原因与结果之间的关系往往是相互的,因而因果之间表现为循环的因果律,一般难以说出一个现象的终极原因；存在大量的不确定性（未来总是不确定的!）；问题本身往往联系着多个目标而各个目际之间往往是冲突的或竞争的;个问题可能是某一更大问题中的子问题,几个互为关连的问题之间的关 系可能错综复杂:或者表现为某种层次性,或者表现为互为因果的关联。各个问 题的解决可能将会互相影响,或者个问题的解决有待于另个问题解决;问题的决策过程可能涉及多个决策者,各决策者在价值观与世界观上的差 异可能将影响对问题的规范（问题究竟是什么?）以及问题的解决方式;问题的解决方式可能影响到多方的利益。而各方的利益可能是冲突的（如技 术进步对劳资双方的影响）。这种冲突不仅可能是经济方面的,还可能是文化方 面的（如价值取向的不同将导致对平等与效率在观念上的不同）。我们只要来考虑一下个具体的论题（iusse）一这里仍然是大城市的交 通问题,读者便可以理解上述关于现实世界问题的特征。交通问题的解决可以分解为下列几个层次的问题:在现存城市布局、道路格局、设备容量条件下调整车辆的走向,改进车辆 的调度与使川;在现存城市布局下,适当改进道路格局,合理追加设备容量;在现存城市布局下,考虑引入不同的新交通系统（如在现存平面道路系统的 基础上考虑引入具有空间结构的新的道路系统:高架、陆面、地下,无轨、有轨 系统）;从根本上改进城市布局（如伴随产业结构调整,设建卫星城等等）,从而从 根本上改进城市的交通问题;等等。当然,上述不同层次的问题是相关的,因而在解决的过程中必须考虑时间序 列上的承继性,使短期、中期,长期的解决方案能够协调一致。我们再来看看问题的解决受到哪些因素的影响依照上述问题层次展开:.现存道路系统、设备容量;.城市及其邻域的自然地理环境;.现存的城市产业布局,公用事业、市政设施布局,居民住宅布局;.城市未来的产业调整与城市格局;,城市现在与未来的功能,与邻域地区的协调发展,等等。我们看到,对于交通问题的研究事实上必须在个更大的生态技术经济社会 环境中来考虑,问题的解决取决于未来的种种可能的情景（scenario）,因而联 系着种种不确定性;系统的目标既有短期的,又有长期的,既有技术的、经济学（投资能力与经营利润）的,又有社会的（居民的平均上下班时间、舒适程度,以 及对工作生活的影响）、文化的（交通问题对居民生活与工作习惯、社会交流的影 响）甚至政治的;问题的解决既受居民价值观的影响,又受市政府、中央政府价 值观的影响。14（3）硬问题与软问题（结构化问题与非结构化问题）软科学所研究的旨在改进人类系统运行的大部分现实世界问题本质上都是 很复杂的。然而根据问题本身的特征以及人类解决现实世界问题的思维模式,我 们可以将软科学所研究的大部分现实世界问题抽象地划分为两大类（根据切克兰 德（Peter Checkland）：类是硬问题（结构化问题）,类是软问题（非结构化问 题）。切克兰德分析了经典系统工程与系统分析解决问题的思路之后,发现它们都 遵循着统一的模式即“手段一目标”模式。这种模式将许多问题的解决过程转化 为“三段论式”:确诊系统现状;规范系统来来状态（目标）;选择最优（最有效）的实现途径（手段）,以使系统从现状过渡到未来的状态（图2.11）。需要某种行动?系统现状-由统一目标状态组手段给定时间图2.11硬系统思维之模式切克兰徳将这种解决问题的模式称为硬系统思维,而将能按这种模式解决的 问题称为硬问题。所谓硬问题是指类能够被描述为寻找一有效的手段以达到某确定目标 的问题（通常是现实世界问题）。对于经典系统工程或系统分析所能处理的典型问题（如大型经济项目的建 立,或大型社会技术工程如登月计划等的组织管理）来说,大部分问题的解决的 确都是遵循这种问题解决模式的。这类问题的特征是问题比较明确（我们知道我们要干什么）;系统的目标也往 往是明确的或者给定的（我们知道什么是值得争取的）;评判备选方案优劣的标准 受价值差异影响较小由于目标是稳定的或相对静止的,因此可以根据方案对 于“既定”目标的实现程度评判备选方案的优劣。概括地说,与问题有关各方在 问题定义、价值系统设计（系统目标设计与方案评判标准设计）上分歧不是很大,因此研究就具有更大的“科学性”,可以将更大的注意力放在技术与经济可行性 上。许多用运筹学以及经典系统工程所能解决的问题都是典型的硬问题。如用线 性规划、非线性规划解决许多运筹效率问题一般都可写出明确的目标函数,可通 过目标函数与约束条件来规定问题的边界,可根据目标函数的极值化来选择备选 方案。另一方面,现代政策科学所处理的另类问题,比如价格改革问题、产业结 构调整问题,一般往往难以归结为上述问题模型。与上述硬问题比较起来,社会 经济问题特别是公共政策的制定以及关于政策制定系统的改进问题有着下列 些新的特点:研究的问题往往很不明确,各种问题往往彼此交错地联系在起,因此研 究往往只能从某问题领域或问题情景或议题入手;系统的目标不仅由于利益不同的各方难以协调,系统本身的多目标之间也 难以协调,而且目标还会随着研究以及对问题之洞察与认识的深入发生转移,产 生动态变化;15 研究会深深地受价值观的影响,价值研究与价值分析本身很重要。因此当 对这类型问题进行研究时,必须同时研究与问题有关各方之价值偏好,研究每 价值偏好下相应的问题解决对策,以及这些对策将导致怎样的结果;由于上述三个特征,研究本身难以用“是否解决问题”来评价。由于与问 题有关的各方价值偏好的差异,由于目标与问题的动态变化（也许随着对问题认 识的深入,人们的价值观会产生转移。因而甚至可能会出现这种情况:原来认为 存在“问题”的议题、现已不再成为“问题”了）,因此“问题解决与否”之类 命题可能将是毫无意义的。整个研究的目的不在于“解次问题”,而在于“学习”,在于提高我们（尤其是决策者）对问题的洞察与认识。与硬问题相对应,切克兰德将这类不能依照“手段一目的”模式解决的问题 称为软问题不能被描述为寻找一有效的手段以达到给定目的的问题（通常是 现实世界问题）,在这类问题中往往结局、目标、目的本身是值得研究的问题。（4）系统动力学所能解决的问题欲了解系统动力学能解决什幺问题,办法之一是先来了解一下系统动力学不 能解决什幺问题。由于系统动力学是一种研究系统动态行为的技术,因此从技术 的角度上讲,下列类型的问题不宜用系统动力学来解决:大部分静态问题（硬问题中有相当部分可简化描述为静态优化问题,尤其 是大部分现行系统运筹效率的静态优化问题）;大部分项目评估问题（如经典系统分析所广泛应用的类问题,诸如机场 的选址问题等等）；大部分系统估价问题（如对中国现行教育系统的估价问题）；经典系统工程问题（如阿波罗登月计划问题）；系统结构在不断地发生骤急变化,因而系统结构的稳定性不能保证的问题;或者研究的目的在于破坏而不是