循環型社會衝擊之系統動態分析

系統動態學(System Dynamic, SD)是由麻省理工學院(MIT)的Jay W.

Forrester教授於1956年所發展出來之方法論與分析工具(詹秋貴，2000)。

系統動態學是以定量之分析方法，來表現一系統複雜的正負回饋結構、

因果關係及延滯效果；因果關係圖(Causal Relationship Diagram)或因果迴 路圖(Causal-Loop Diagram)是用圖的形式，描述了系統變量之間的因果關 係及情報回饋的觀念來分析系統結構，探討影響系統行為的決策以及資 訊傳遞與決策過程中之時間滯延現象，以了解整個系統內交互影響的動 態行為，進而以模擬的方式建立一動態模式，模擬系統的成長或穩定，

以提供決策者作為最佳決策的方針或參考(陶在樸，2003)。早期系統動態 學多運用於工業發展、都市成長、人口成長與經濟發展等研究，近年來 系統動態模式之應用日益廣泛，包括水庫供水系統之模擬、大氣化學與 污染傳輸、全球氣候變遷分析等議題皆透過系統動態模擬並提出規劃建 議。系統動態學之目的為顯示此系統內動態行為的特性，而非用來預測 事件的發生，因此，系統動態學可視為一個「管理實驗室」，藉由實驗 模擬之結果為管理策略擬定時之參考依據(李漢鏗，2003)。

系統模型可視為真實世界之縮影，以簡單的象徵符號透過組成變數間 作用之因果影響關係，將真實世界之各項單元系統化地串連起來。系統

動態模型之基礎變化型態主要包括：線性成長或衰退、指數成長或衰退、

S型曲線成長、超越型態及震盪型態等，可依據系統特性選擇適當之模型。

本研究計畫利用系統動態之存流量、因果、互相循環與回饋之關係，模 擬各類子系統中資源之流動、轉換，進而預測外界變動(如環境變遷)對整 個系統之衝擊、變化。系統動態模型建置之主要步驟如下：

(1) 問題的定義

此步驟主要思考系統中問題組成之主要變數為何，及其隨時間變化之 情形。本研究將評估在外在環境變遷情形下，以及鏈結狀況改變下，

整個系統之資源循環程度變化情形。

(2) 系統的描述

描述系統內部主要組成元件、元件間之關聯性與元件構成之流動型態。

本研究將於此步驟收集各子系統內之重要元件，例如：河川水質、降 雨量、暴雨發生率等，以釐清彼此間之關係。

(3) 因果回饋圖繪製

將各種變數利用因果關係與回饋之概念串連為「因果回饋圖」，以了 解各變數間之因果關係與資訊傳遞作用之方向。

(4) 系統動力流圖建立

有別於因果回饋圖的目的，此階段利用系統動力學所設計出之特有的 物件(符號)來描述上述因果回饋圖構思下的系統動力模型。

(5) 模型建置與情境模擬

對於系統動態模擬的原則，可分運用原則與建構原則，以下就這兩部 分進行說明(王樹嵩, 2003；梁文峰, 1997；陸建浩, 2002)。

1. 系統動態模式運用的原則

系統動態學所建構的系統動態模式，與其他模式最大的不同，在於 其所追求的是系統本身操作過程的狀況與系統的組織架構，因此，在運 用系統動態模式時，應注意下列原則：

(1) 系統動態模式將所有變數內生化，因為內生變量是由系統內部的反 饋結構決定的變量，所以系統的動態行為主要是由系統內部因素決 定的，而系統外的因素對系統動態行為並無本質上的影響。

(2) 若一回饋環路之存在，並不會影響系統模式的運作結果，或是影響 甚微，此時可將之視為外生變量而不予考慮，以簡化系統模式之運 作。

(3) 假設一變數在系統模式運作中，不論如何改變其數值，卻不會影響 模式中其他變數的變化，則此變數可以常數加以取代。

(4) 系統動態模式不如計量經濟模式或作業研究等分析方法重視其數值 精確度，因此，對於初始值或常數並不要求十分精確，若某些變數 之實際資料無法取得，則可依照經驗加以推論，亦不致影響模式之 可信度。

2. 系統動態模式建構的原則

一個有用的系統動態模式應能表現系統的本質，並能顯示出系統結 構改變時所造成的行為變化趨勢，及顯示系統在受影響時最敏感的部位，

使決策者有所參考依據，所以對問題及目標特性的充分瞭解，將有助於

決定適當的模式範圍，並建構適切的動態模擬模式。因此在建構動態模 式時，應注意以下原則：

(1) 注意模式內部的情報回饋

系統活動基本上是屬於封閉環路情報回饋系統的行為表現，它能將 各種狀況轉為情報作為決策的依據，進而控制行動改變狀況，不間 斷的循環，其過程易受行動時間延滯、情報的誤解等而影響系統的 行為表現，故對作為決策考慮的因素均須加以注意方能建構適切的 動態模擬模式。

(2) 加強模式中變數的處理

模式中的變數與實際系統中的因素或現象應有對應的關係，其原則 為：模式中的變數應能量化；變數的單位應與真實系統中所用度量 一致；變數在真實系統中的時間順序關係應適當的表示；變數的含 義及性質應加以分析；模式的輸出要與真實系統的行為居有相同的 趨勢特性。

(3) 以連續概念建構模式

由個別事件上了解系統決策過程及情報、物質在系統中滯延的狀況，

以連續的概念建構模式，有助於決策者掌握系統較明確而少有變化 的基本結構關係。因此分析或觀察一個系統時，應運用連續的概念，

將有助於模式的建構。

系統動態目的並不是要成為一種預測工具，模擬結果的目的是想要

(1) 系統動態學適合用於處理長期性及週期性的問題，像是自然界的生 態平衡、產品的生命週期還有經濟景氣循環週期等具有週期性的現 象，需要長期觀察的問題較適用系統動力學模擬。

(2) 系統動態學適用於數據不足的研究。在研究的進行過程當中常有數 據不足的問題，無法進行統計上的分析，還有某些變數難以量化。

系統動力學可藉由各變數間的因果關係，以及用軟性變數(soft variable)的方式加以模擬。

(3) 系統動態學適用於非線性及高階動態性的問題。一般統計方法比較 能處理線性或常態分佈的問題，對於非線性且動態複雜的問題有方 法上的限制，於數學理論上也難以求解高階非線性微分方程式，這 些狀況較適合使用系統動態學來解決。

(4) 系統動態學提供有條件的預測，系統動態學可以探討個變數間的因 果關係，並探討在何種狀況下會有怎樣的結果，可作為有條件預測 的決策參考。