系統思考——《可以量化的經濟學》

第三章

系統思考

内容提要

：系統思考來源于自動控制理論，它用來分析各種因素之間的互動影響，系統思考包括負回報和正回報兩種基本模型。負回報系統通過目标與實際值之間的偏差來控制自己的輸出，當偏差為0時，即實際值達到目标值時停止輸出，它是一個趨于穩定的系統。正回報系統通過目标與實際值之間的和來控制自己的輸出，導緻系統的輸出不斷增加，正回報是趨于增強的系統。

3.1

系統思考的定義

系統動力學（簡稱SD—system dynamics）出現于1956年，創始人為美國麻省理工學院(MIT)的福瑞斯特(J．W．Forrester)教授。系統思考（Systems Thinking）是指以整體的觀點對複雜系統構成要素之間的連接配接進行研究。系統思考的基本原理是控制理論的正回報和負回報。《系統之美》的作者德内拉·梅多斯說任何系統都包含三要件：要素、連接配接、功能或目标。

要素：系統是由若幹要素（部分）組成的。這些要素可能是一些個體、元件、零件，也可能其本身就是一個系統（或稱之為子系統）。如運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出裝置組成了計算機的硬體系統，而硬體系統又是計算機系統的一個子系統。

連接配接：要素之間有互相的連接配接，系統有一定的結構。一個系統是其構成要素的集合，這些要素互相聯系、互相制約。系統内部各要素之間相對穩定的聯系方式、組織秩序及失控關系的内在表現形式，就是系統的結構。例如鐘表是由齒輪、發條、指針等零部件按一定的方式裝配而成的，但一堆齒輪、發條、指針随意放在一起卻不能構成鐘表；人體由各個器官組成，單個各器官簡單拼湊在一起不能成其為一個有行為能力的人。

功能或目标：系統有一定的功能，或者說系統要有一定的目的性。系統的功能是指系統與外部環境互相聯系和互相作用中表現出來的性質、能力和功能。例如資訊系統的功能是進行資訊的收集、傳遞、儲存、加工、維護和使用，輔助決策者進行決策，幫助企業實作目标。

彼得·聖吉的《第五項修煉》将經典控制理論的正回報與負回報兩種模引入管理學，對管理學産生了巨大影響。

3.2

系統思考的組成

在控制理論中，分為開環控制系統和閉環控制系統。開環控制系統是不将控制的結果回報回來影響目前控制的系統。閉環控制系統是将控制的結果回報回來影響目前控制的系統。回報指将系統的輸出傳回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。簡單的說就是系統不加入回報環節，就叫開環系統；系統加入回報環節，就叫閉環系統。

開環系統框圖（如圖3-1和3-2所示）：

圖 3-1 開環系統框圖 3-2 開環系統執行個體框圖

上邊的第一張圖是開環系統的示意圖，第二張圖是一張對應現實裝置的執行個體圖。輸入量，控制器，執行器，被控對象和輸出量是這個系統的要素，帶有箭頭的直線代表要素之間的連接配接，要素之間的功能關系通過這些連接配接來表示。對于上邊這個系統，接通電源，控制電路開始供電，導緻水泵開始抽水工作，最後導緻連接配接的水管向外排水。

閉環控制系統又分為正回報控制系統和負回報控制系統。

負回報系統框圖（如圖3-3和3-4所示）：

3-3 負回報系統框圖 3-4 負回報系統執行個體框圖

上邊第一張是負回報的框圖，第二張是負回報的例子。負回報是輸出向輸入回報的信号與輸入量相反。控制器的輸入量=給定輸入量-輸出量，即這個系統是依靠輸入與輸出之間的偏差進行控制的。當空調設定的制冷溫度低于回報的室溫時，空調開始制冷來降低室内的溫度，當設定溫度等于制冷溫度時，偏差為零，空調停止制冷。當屋内溫度升高後，空調又開始制冷。

正回報框圖（如圖3-5和3-6所示）：

3-5 正回報系統框圖 3-6 正回報系統執行個體框圖

上邊第一張圖為正回報框圖，第二張圖為正回報的例子。正回報是輸出向輸入回報的信号與輸入量相同。購買函數的輸入=消費者利益-價格+相容軟體帶來的利益，就是消費者可以獲得的盈餘。微軟的作業系統通過較低的價格在市場上獲得了數量上的一點領先，為微軟編寫相容軟體的就多一些，而這些相容軟體增加了微軟作業系統的價值，又促進了更多人購買和使用微軟系統，然後導緻給微軟編寫軟體的利益增加，相容軟體增多，又增加了微軟作業系統的價值，促進銷售，進而微軟作業系統形成正回報。微軟作業系統是以打敗了所有的作業系統，成為行業标準。

任何系統都存在延時，即使開槍到子彈的射出也是存在延時的，隻是延時很小而已。從廣義動量定理Fαt=MV的角度來說，成果MV是力量F在時間上的積累，是以時間是到達成果的必經過程。行動和結果的延時無處不在。厄爾•南丁格爾在《最奇妙的秘密》中說：“成功是一個等待的過程”。當你為了某個目标行動後，不會馬上得到結果，而需要一段時間。以廣義動量定理來解釋，當目标為一定程度的MV時，也需要一段時間t才能達到這個成果MV。

在控制理論中，回報控制系統（feedback control system）是一種“閉環”系統，是控制理論的基本概念，而負回報與正回報是最基本的模型。負回報使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目标的誤差減小，系統趨于穩定；正回報使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。

系統中不僅包含延遲這個因素，還包含了能量和資訊，它們通過連接配接來表示流動的方向。在空調調節室溫的負回報中，給定的溫度是空調系統的給定資訊，空調系統根據設定的溫度來控制制冷裝置進行制冷或者停止制冷，空調制冷會使屋内的溫度降低，空調的溫度檢測裝置會檢測目前的溫度并将這個溫度資訊回報給空調的輸入，與給定溫度進行對比，當回報溫度與給定溫度相等時，偏差為零，控制器的輸入為0，空調停止工作；當屋内溫度上升，回報與偏差溫度增大，系統開始制冷，直到屋内溫度與設定溫度相同。電力的能量通過輸入空調系統轉化為制冷空氣，降低室内的溫度。

輸入除了給定的目标之外，還會受到其他不可控或無法預知因素的影響，稱這種輸入為擾動，擾動可能會發生在一個系統的任何環節，擾動會使系統的穩定性降低，甚至完全摧毀整個系統。電壓的波動對于空調系統就是擾動，而如果電壓波動過大，可能直接毀壞空調系統。

負回報和正回報是最基本的模型，是系統最基本的組成部分。在管理學中，精益生産就是一個大的負回報系統，其中每一個單元又是一個小的負回報系統；比爾•蓋茨使用正回報戰略打敗所有作業系統，成為世界首富。在經濟學中，馬歇爾的價格均衡論是負回報系統；而索羅斯的反身理論是正回報系統。這些分析作者會在對應的章節進行講解。負回報系統和正回報系統又可以組成無數種更大的系統，就好比二進制的0和1一樣，可以組合成各種不同的系統。

3.3

系統思考的使用

如何使用系統思考來分析一個系統呢？

首先，确定要分析的對象。

第二，确定輸入和輸出。

第三，查找影響對象的主要因素。如果多個因素可以合成一個因素，可以通過比較器來表示。

第四，通過帶箭頭的線将各種因素連接配接起來，箭頭指向能量和資訊的流向。

第五，如果分析需要，添加擾動輸入，時間延遲等因素。

第六，如果需要，可以通過上述方式将這些因素細化。

在空調的系統中，屋内的溫度時分析的對象，影響屋内溫度的主要因素是空調，輸入的是溫度設定值，空調的輸出是對溫度的影響，空調内部的檢測裝置是回報，将輸入溫度，回報，空調和輸出的溫度使用帶箭頭的直線連接配接，構成了整個空調溫度控制系統。

3.4

系統思考的影響

一個系統的各種因素不僅會對這個系統産生影響，也會對周圍的環境和更大的系統産生影響。一個很典型的例子就是蝴蝶效應。每一種因素對環境影響是不同的，關鍵的因素對環境影響最大。高德拉特基于生産系統瓶頸因素的研究創立了TOC制約理論。

3.5

系統思考的層級結構

系統思考是用來分析各種因素的互動影響，每一個要素都不是孤立存在的，要素對周圍的環境有影響，周圍的環境也對要素有影響，要素本身就可以看做一個系統，而各種要素互相影響，組成了大一些的系統，大一些的系統互相影響，形成了更大的系統，進而産生了層級性。

3-7 廣義動量定理與系統思考

上圖為基本的系統結構，将其稱為系統單元，當回報與輸入同号時為正回報，當回報與輸入不同号時為負回報（如圖3-7所示）。此系統中，廣義動量定理用來産生成果，系統思考來指導和分析各種因素的互動影響。系統單元之間可以串聯，并聯和混聯，進而組成更複雜的系統。系統是具備層級結構的，一個系統可以細分為多個子系統，而子系統還可以再細分為更小的子系統，系統單元為最小的系統。流水線生産，豐田生産方式，TOC制約理論，阿米巴經營都是多個負回報的組合。德魯克的目标管理與自我控制也是一個負回報系統，廣義經濟學的産出-投入理論也是多個回報組成的決策系統（如圖3-8所示）。

3-8 系統的層級結構

赫爾伯特•西蒙所提出的手段-目的鍊也是具備層級結構的，下一層的目的是達到上一層目的的手段，上一層的目的是達到更上層目的的手段。目的可以是唯一的，但是達到目的的手段具有多樣性。

3.6

系統思考的适用範圍

系統思考是用來分析各種因素的互動影響，各種因素都不是孤立存在的，是以系統思考适用于各種因素之間影響的分析。系統思考沒有适用範圍的限制，它适用于各種因素的分析。系統思考一般包含正回報和負回報模型，經典控制理論除了這兩個模型，還有前饋等模型。現代控制理論則要複雜的更多。