從工程到管理：看Prof. Jay Forrester 講系統動力學傳奇的發展歷程

 

MIT的校園裡有幾位傳奇的大師，他們名聲遠超出自己的學術領域，即使沒有上過他們的課，也都知道他們。Prof. Jay Wright Forrester ( 1918-2016 )就是其中的一位。

 

梁文棣博士介紹我們看一篇1995年1月McKinsey刊出Prof. Forrester的一篇文章〝The Beginning of System Dynamics.〞這是一篇生動有趣的文章，也深入淺出的介紹了系統動力學許多核心的理念。這篇文章不僅簡潔明白的描述了系統動力學的發展過程，其實也回答了許多人會問的問題：為什麼系統動力學不僅在持續的發展，而且既可以應用在飛機設計的工程問題中，也可以被用來解析能源、疫情這些政治、社會和經濟的議題。

 

Prof. Forrester成長在Nebraska的牧場中，在那個事事要求有實際成果的環境中，他在高中時作了一個風力發電的設備，這也是他們家第一次有電可以使用。他在Nebraska大學畢業後進了MIT做了電機系的研究助理。

 

第二次世界大戰期間，他參與了雷達的研究，而且還親自登上軍艦去驗證研究的成果。戰後他回到MIT，做飛行模擬器，隨後又轉去做Whirlwind數位電腦的開發。他早期的生涯是一位成功的工程師，專注於回饋控制，解決難題並且有不少創新發明。

 

Alfred Sloan 在1952年捐了一筆錢給MIT，他希望能在一個理工背景的環境中成立一所管理學院。1956年MIT的校長James Killian（MIT前的大草坪Killian Court就是以他為名） 慧眼識英雄，把在MIT做了15年科學和工程工作的Prof. Forrester請到了Sloan School。

 

當時他既不想做作業研究，有不想做電腦在管理的應用。他一如以往的在解決實務上的問題。有一次在解決GE一座工廠人員規模的問題上，他應用上過去回饋控制的一些概念，一枝鉛筆、一頁筆記，既沒有複雜的數學也沒有電腦的模擬，就開展出了系統動力學。

 

1968年波士頓的市長John Collins在兩任之後到MIT做訪問教授，他的辦公室就在Prof. Forrester旁邊，隨後他們的研究開啟了系統動力學的新頁，研究都市住宅的問題，Forrester出了〝Urban Dynamics〞這本書。成功的經驗，讓他做更大規模的模擬：〝World Dynamics〞。到了1970年羅馬俱樂部(Club of Rome)支援MIT的研究，出版了〝Limits to Growth〞，至此已經完全發展了系統動力學的體系，也奠定了系統動力學的地位。

 

後面的故事就不必多說了，而且許多故事Prof. Forrester基於保密的考慮也沒有透露，不過重要的是Prof. Forrester在最後對於系統思考的教育，他講了兩個方向：

 

1.          他認為系統思考的教育應該在大學之前，越早越好：

“ Recent trends in system dynamics aim to change the mental models that people use to represent the real world…  This exposure to dynamic thinking should start at an early age, before contrary patterns of thought have been irrevocably established. Apparently, students as young as ten can benefit from exposure to cause and effect thinking and computer modeling.”

 

2.          他認為管理學院的教育應該從個案研究的方式轉向系統動力的模擬：

“A case study, like a system dynamics analysis, starts by gathering and organizing information from an actual managerial setting. But the case study leaves this information in a descriptive form that cannot reliably cope with the dynamic complexity that is involved.

 

這篇好文章，我也誠摯的介紹給大家，真是值得認真一讀！

 

#Prof. Jay Wright Forrester #系統動力學 #系統思考 #系統模擬 #管理學院教育

#中學教育

 

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(系統思考:5)

成長的極限：系統動力學一個成功的推論

 

 

 

南方朔說：”全世界絕大多數的人都同意，如果要選一本20世紀影響力最大的書，則非「成長的極限」莫屬。〞

 

「成長的極限」是1972年MIT的系統動力學（system dynamics，南方朔稱為系統動態理論）團隊所撰寫。這本書根據系統動力學的模型World3所做的預測，認為人類任意的追求成長，終將在21世紀因為資源的匱乏、廢棄物的無法處理，導致成長的停滯和生活品質的下降。

 

這本書問世之後不久就發生了石油危機，因此格外受到重視。爾後各界雖然對這本書的結論有不斷的爭議，但是到30年後這本書出第三版時, 永續發展（sustainable development）的概念已大行其道，人們終於了解到成長的確是有極限的，因此開始反思過去一昧追求成長的態度。這就正是「成長的極限」這本書對世界所造成的重大影響。

 

其實根據系統動力學的基本原理，我們無須World3也可以得到成長是有極限的推論。系統思考的人認為一個系統（一個公司、一個城市、一個社會…）發展成長到某一個程度就會有一個〝限制因素〞（limiting factor），而這個因素總會在某個時刻限制了系統的活動。當系統進行了改善調整之後，又會有新的限制因素會產生，最終將會走到系統的極限。

 

例如一個公司業績不佳，發現限制因素是銷售團隊不足。補強了銷售團隊，業務起來了，而工廠的產量跟不上了，這時生產能力成了限制因素；這時必須投入更多的資本蓋工廠，訓練工人，因此確保產品的品質又成了限制因素……

 

所以在一個物理條件有限系統中，不可能無限的成長。即使不是人為的強加給系統一個成長的極限，系統自己也會產生一個成長的極限。例如一個城市可能在各方面都超過其他地方，因此吸引了更多居民，但是人口快速增加，城市就變得不能滿足所有人的期望，因此也就無法繼續成長。

 

所以，從系統思考的觀點來看，系統無法追求不斷的成長，最終的選擇是決定一個可以接受的極限，並且配合的調整系統相應的結構與行為。

 

「成長的極限」應該是系統動力學做出最受人矚目，而且影響最大的推論。我們從這裡也看出系統思考來看問題是多麼的重要！我們可以用系統動力學來看人類的前途，我們也應該將系統動力學的原理運用在我們日常的工作與生活之中！

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(系統思考:4)

 

學校沒上的一門課：系統思考 (systems thinking)

 

我最近比較深入的去看系統動力學（system dynamics）有三個原因：

 

Prof. David Blockley 在他的〝Engineering : A Very Short Introduction〞這本書中指出我們現在這個時代是一個充滿系統性風險的時代，我們最需要的就是系統思考！

 

我的好朋友梁文棣博士在我每次有關於系統思考的貼文時，都發表了很多有見地的看法。他告訴了我們在設計A350時如何運用了 system dynamics modeling，當時的模擬甚至做到一個閥，看這個閥在極限溫度下對液壓反應的速率。他豐富的閱歷和寶貴的經驗讓我學到很多！

 

還有一個讓我去看系統問題的原因是我的一個好朋友，他在一個以「系統工程」為名的系上教書，他邀請我們幾個在業界的朋友去和學生談談系統工程在實務上的應用。後來我查了一下，我發現台灣有「工業與系統工程學系」、「工程與系統科學學系」、「系統工程暨造船學系」、「生物環境系統工程學系」、「航太與系統工程學系」…。一架飛機是一個系統，一艘輪船是一個系統，一座電廠是一個系統，所以這也是非常合理的我們有這麼多系的名稱中有了「系統」二字。

 

系統工程中一個重要的概念就是「系統思考」的原則，而甚麼是系統思考？也許每個人有不同的看法。Prof. Blockeley很明白的指出了Prof. Jay Forrester建立的系統動力學就是我們建立起系統思考的一個有用的架構。

 

系統動力學是1950年代建立的，直到今天還被廣泛的應用在政治、經濟、管理和工程的領域中。MIT一直有Introduction to System Dynamics這一門課，大家可以從MIT的OpenCourseWare看看這門課的內容(Course No. 15.871)，也可以做為開這一門課準備教材的參考。

 

我比較驚訝的是看到Dr. Diana Fisher在YouTube上的一段介紹系統動力學的影片。Dr. Fisher談的是在中學生運用系統動力學所做的案例，實在很令人讚嘆！我在大學裡教書的表弟，這幾年來也在推動中小學的IB（International Baccalaureate）課程，他也認為在中學教系統動力學是一個值得認真思考的議題。畢竟學校中不只是教給學生知識，更要培養學生學習的能力，不只是系統思考，其他很多地方也在推動TRIZ’，這也都是類似的想法！

 

所以這成了我近來一直在思索，也是在和朋友討論的題目：在這個充滿系統風險的時代，我們在台灣是不是應該有更多系統動力學的課程與系統思考的訓練呢？如果我們要教系統動力學，是在中學裡教？大學裡教？還是研究所教？我們又要怎麼教呢？

 

 

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(系統思考:3)

 

為什麼系統可以運作?

  

一部機器，一座森林，一個社會都是一個系統，為什麼這些系統可以運作而且維持一段相當長的時間？這是系統動力學想要回答的問題，能夠回答這個問題，就能夠幫助我們找出當系統出問題時的解方。

 

系統動力學需要一些數學工具和電腦程式來解釋各種現象，也會用到一些圖形（stock-and-flow diagram）來說明。這其實就是進入系統動力學的一個門檻。但是即使沒有這些工具，從過去成功解決的問題中，系統動力學也歸納出一些有用的觀念。

 

從系統動力學的觀點，認為一個系統可以運作，並且維持一段時間，有三個重要的因素：韌性（resilience），自我組織（self-organization），和階層（hierarchy）。

 

韌性最簡明的解釋就是指一個系統遭受擾動後恢復運作的能力。相對於韌性的是脆弱和僵化。從系統動力學來看，就是因為有很多回饋迴路（feedback loop）會使系統受影響後還能恢復。人體就有很強的韌性：可以抵擋許多外來的入侵，可以忍受不同的溫度，可以從不同的食物中攝取營養。但是韌性和靜態的穩定是不同的。穩定是平日看到的，韌性是受到擾動後才察覺的。但是人們往往因為追求穩定或提高生產而犧牲韌性：注射賀爾蒙的乳牛可能提供更多的牛奶，但會失去了一部分的抵抗力；大規模單一樹種的造林更容易受到外來事物入侵…。從正面來看，我們要做的是加強系統的韌性：努力保存自然的生態系統；鼓勵良好的生活習慣，提高免疫力，而非僅僅治療疾病；在社會救濟的計畫中，是提高就業的機會與提升工作的能力，而非只是提供物質上的資助。

 

自我組織指的是一個系統能使自己的結構更為複雜的能力。自我組織的能力能使系統多元化、複雜化、進化。系統理論認為更為複雜的系統經常始於一些簡單的規則。科學就是一個自我組織的系統。整個機率的理論就始於三個不辯自明的公理（axiom），從這三個公里所做出來的推論，今天廣泛運用在各個領域之中。生物的世界是如此多樣，但也是起始於被封裝在DNA、RNA中一些基本組織的規則。我們經常把系統自我組織的能力視為理所當然，但有時更為了提高生產力和維持穩定而抑制了系統中自我組織的能力。學校的教育是否限制了學生創造力的發揮？經濟政策是否傾向於大企業的利益而非新創事業的發展？

 

系統動力學認為一個系統可以維持的另一個因素是系統的階層。簡單的說就是一個系統是由一個個子系統組成，而每個子系統又都有自己的子系統，就這樣層層組織起來。軍隊是一個系統，公司是一個系統，生態是一個系統，這些系統就是由下面的子系統所建構起來。因為子系統之間的各部分的關係比和系統外的分子更為密切，系統中所蘊含的大量資訊就不需要放在每個分子身上，而是放在一個個子系統中。而系統要能長存，就是讓這個階層制度巧妙的平衡各個子系統的利益，自由程度和應負的責任，既不能太鬆弛，又不能太嚴密。學校是一個例子，學生若不以求知為目的（這是學校這個系統的目的），就可能作弊或做出違反紀律的事；大學管的太嚴，就可能限制了創造性的研究。

 

我們手邊也許沒有系統動力學的工具來展示如何得到這些特性，但這些結論都發人深省，也都可以應用在我們的工作當中。

 

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(系統思考:2)