[閱讀筆記] Thinking in Systems: A Primer (5/9)

1. 延遲 (delays) 在系統裡是非常常見的現象，其對系統的行為具有重大且決定性的影響。改變延遲的長度 (length of delay) 可能會對系統行為產生重大影響 (不過這也要看是哪種類型的延遲，以及相對於其他延遲的長度而定)。
2. 改變系統的延遲可以讓系統更易於或更難以管理。system thinkers 非常重視延遲這個主體。我們必須總是對於系統產生的延遲保持警戒，關注會延遲多久，並注意延遲是因為資訊流或實際流程所造成。若你不知道系統的延遲發生在哪裡 (where)、會延遲多久 (how long)，你就無法了解系統的動態行為。無論是拉長或是縮短系統延遲，都會對系統行為產生重大改變。
3. 不同的時間延遲都可能會對系統造成重大影響，使庫存量有些微甚至震盪變化，然後我們再把單一車商庫存的視角拉大到整個國家的汽車庫存，你看到的會是訂單增減影響著所有組裝廠、零件商、原料商、整個供應鏈的複雜系統相互影響，而每一環節又存在時間延遲 (感知、製造、交貨)，然後又可延伸影響到汽車生產與就業環境、股票的關係。此關係就會形成 reinforcing loop，若生產增加，就會提供更多工作機會，讓更多人可以買車；但其也有可能走反方向，生產較少，就會提供較少的工作機會、較少的新車銷售。
4. 上述的例子，其實都有經過簡化，每個 system 都受限於周遭環境或事物的限制 (constraints)。公司需要能源、原物料、員工、管理者與顧客；農作物的成長需要水分、肥料、農藥；人口的成長需要食物、水、生活空間、工作機會、教育、健康醫療等。
5. 在有限的環境資源追求成長是一件很常見的事情，但也常會看到成長限制的例子 (limits-to-growth archetype)。常見的成長的個體 (entity)，例如人口、企業、銀行帳戶的金額、謠言、傳染病、新產品銷售等，我們總是在尋找 reinforcing loops 來追求成長，但是在真實世界，沒有系統可以永遠地成長。新產品銷售會遇到市場飽和、核電廠的核反應爐會用光所有原料、經濟會受限於資金、人口等。在成長的系統，一定會至少有一個 reinforcing loop 驅動成長，並且至少會有一個 balancing loop 限制成長，沒有一個系統可以在有限的環境資源條件下，追求永久的成長。
6. 如果提供 inflows 到 stock 的資源 (resources)，汙染的限制 (pollution constraints) 可能是可再生的，或者是不可再生的。如果環境已經無法吸收 inflows 所造成的汙染，就是不可再生的 (nonrenewable)；如果環境還有餘裕，可以吸收、排除汙染，就是可再生的 (renewable)。每一個系統都是有資源限制的系統 (resource-constrained systems)。
7. 當系統以指數型的速度成長，就會以驚人的、極短的時間到達臨界點，尤其是當你仰賴不可再生的資源時 (nonrenewable resources)。若你建立 capital stock 是依賴 nonrenewable resources 時，當你成長的速度越快，跌落的速度也會越快。
8. 油田還有一個有趣的現象，若因為油田的儲藏量變小，導致油價升高，產油國反而得到更多的獲利 (captial stock 成長更快)，導致投入更多資金在提煉設備，使提煉更有效率，這樣的結果就是油田 (nonrenewable resources) 更快速地資源耗盡。
9. 假設你是在礦產或油田工作，若你在意的是工作的穩定度的話，有兩個重要的數字要注意：資源的大小 (size of resources)與預期的資本成長率 (desired growth rate of capital)。對於 nonrenewable resource 的管理，真實的選擇是：非常快速致富 (get rich very fast) 或是細水長流 (get less rich but stay that way longer)。
10. 漁業經濟模型是 renewable resources，其會受到三個非線性關係的影響，雖然無法讓魚群一直成長，但若讓再生率與捕獲率維持動態平衡，就能夠永遠維持高且穩定的捕獲率 (harvest rate)：
1. 價格：越罕見的魚類，價格越貴
2. 再生率 (regeneration rate)：魚群太稀少 (找不到交配對象) 或數量太多 (沒有足夠的食物與棲息地)，都無法擁有高再生率
3. 每單位資本的收益率 (yield per unit of capital)：取決於捕魚技術的效率
11. 若因每單位資本收益增加，捕魚技術也連帶效率提升，就會影響魚群再生率與捕獲率，因此產生震盪現象，若不降低捕獲量，魚群與捕漁業將會於一段時間後消失，漁業變成 nonrewable resources。
12. Nonrenewable resources 是 stock-limited。整體 stock 是一開始就決定了，可以以任何速度開採 (主要的限制在於開採資本)。但是由於 stock 是 nonrenewable，開採的速度越快，資源的壽命就會越短。
13. Renewable resources 是 flow-limited，需控制 inflow rate (即 regeneration rate) 與 outflow rate (即 harvest rate)。若捕獲率大於再生率，當 stock level 低於關鍵門檻 (critical threshold) 後，魚群就無法再生，最終滅絕，變成 nonrenewable resources。
14. Renewable resources 的結果在於兩件事情
1. Resource stock 是否已低於 critical threshold，若已經低於關鍵門檻值，resource 就無法再生，會走向滅絕的命運
2. Balancing feedback loop 的反應速度與效率：
1. 若 feedback 的反應速度很快，可以在抵達關鍵門檻值之前，降低資本成長速度，整個系統就可以平穩地進入動態平衡的狀態
2. 若 feedback 的反應速度很慢且沒效率，系統就會進入震盪
3. 若 balancing loop 非常微弱，無力對系統產生影響，資金投入繼續成長， renewable resources 與產業會雙雙崩壞
15. 無論是 renewable 或 nonrenewable 都會限制讓 stock 無法永遠成長，但是兩者所造成的限制卻大不相同。差異的原因源自於 stock (nonrenewable 有 stock-limit，stock 總量一開始就決定) 與 flow (renewable 是 flow-limit，你可以透過控制 harvest rate 來調控 stock level)。你要辨識出在複雜系統中，有哪些潛在行為 (latent behaviors)，以其那些條件下會觸發這些行為，你該妥善規劃降低有害行為 (destructive behaviors) 的發生機率，與鼓勵有益行為 (beneficial behaviors) 的發生機率。
16. 高度功能性的系統 (如機器、社群或生態系統) 有三大特性
1. Resilience (彈性)：
1. 所謂的彈性是指當受到壓力後，反彈回原本的形狀或位置的能力，強調恢復、復原的能力。但是，彈性還是有其限制。
2. 彈性是用來衡量在變動的環境下，系統能繼續存活的能力。彈性的反義是指僵化 (rigidity)。
3. 人體就是一個很驚人的彈性系統 (resilient system)。其可以抵擋上千種各式各樣的病毒入侵者，可以忍受範圍很大的氣溫、各式各樣的食物、可以重新調節血液供給、修復傷口、加速或減緩新陳代謝等等。
4. 若沒有完整的系統觀 (whole-system view)，可能無法看出彈性的重要性，人們常常為了追求穩定、生產量，而犧牲彈性：
1. 豢養乳牛的業者，為了增加鮮乳產量，替乳牛注射賀爾蒙，如此追求產量所付出的代價是，乳牛身體較不健康、壽命變短、更加依賴人類的管理，失去自我修復的彈性能力。
2. 產品的 Just-in-time delivery 讓零售商降低庫存的不穩定性，降低很多產業的庫存成本。但是 just-in-time model 卻讓生產系統變得更加脆弱，讓人們更加焦慮，怕原油供應、交通順暢度、電腦故障、人力充足與否等，只要有一點小差錯，就無法如期交付產品。
5. 系統失去彈性的例子：
1. 人體系統所發生的許多慢性疾病 (例如癌症與心臟病)，源自於彈性機制的故障，人體失去修復 DNA 的能力、血管失去彈性等
2. 大型組織如企業或政府，因為回饋機制需要經過好幾層的溝通，導致延遲與混亂，讓整個組織系統失去彈性。
6. 系統的管理不僅僅是生產力 (productivity) 與穩定度 (stability)，還需要管理它的彈性 (resilience)，也就是從失序的狀態自我恢復或修復的能力。
7. 當你意識到彈性的重要性時，你就可以看到許多保護或強化系統自我修力能力的方式。全面的健康照護 (holistic heath care)，並不僅僅是治療疾病，還需要包含建立起身體內在彈性。
2. Self-organization (自我組織)：
1. 自我組織常會產生異質性 (heterogeneity) 與不可預測性，其常會產生一個全新的結果，全新的做事方式。
2. 系統通常都擁有自我組織 (self-organization) 的特性，具備建構的能力，能夠建立新體系、學習、多樣化與複雜化。即使是複雜的自我組織型態，也可能起因於相對簡單的組織規則。
3. 自我組織需要自由與實驗的發展條件，並容忍一部分的失序狀態。這樣的條件常常會造成個人的恐懼與威脅現有權力結構。因此，教育系統可能會限制學童的創造力，而非刺激學童的創造力；經濟政策傾向於支持現有的、大型企業，而非新創企業；許多政府希望它們的人民，不要太會自我組織。
4. 這裡有幾個自我組織系統的例子
1. 所有的生命 (從病毒到紅杉木原蟲、從阿米巴到大象) 都有一個基本的組織規則，封裝在 DNA、RNA與蛋白質分子中
2. 農業革命的起源只是一個簡單的想法，人民可以在某個地方定居、擁有土地、選擇與耕種農作物
3. 工業革命的組織原則是，上帝與道德都是過時的想法，人們應該保持客觀且講求科學。應該要擁有與增強生產工具，將人與大自然是為生產 (production) 的工具。
3. Hierarchy (層級結構)：
1. 在建立新體系與增加複雜度的過程中，自我組織的系統常常會產生層級結構 (hierarchy)。我們所處的世界，就是從一個子系統聚集成一個更大的子系統、再聚集成一個更大的子系統。
2. 你的肝臟中的細胞，就是器官的子系統；肝臟則是生物體的子系統，你可能是家族、運動團隊、音樂團隊等等子系統。系統與子系統之間的關係，就稱之為層級結構 (hierarchy)。
3. 常見的系統如企業、軍隊、生態、經濟、活生生的有機體，都是層級架構。如果子系統可以自己照顧、規範與維護，就能提供服務給較大的系統，然而較大的系統可以協調、強化子系統的功能，使其更穩定、彈性與有效率。
4. 層級架構是個出色的系統發明，其不僅僅提供了系統穩定度與彈性，也大大降低了系統必須記錄的資訊量。若每個層級間的資訊連結設計妥當，層級間的 feedback delays 就會做到最小化。在層級系統內的子系統，其一定比在層級系統外的子系統的關係來的緊密。試想在同一個大學科系內的人，交談的頻率一定比與其他系所的同學來的頻繁。
5. 層級關係的目的是要讓子系統 (subsystems) 能夠做得更好，但是實務上許多系統都忘記此初衷，變成故障的層級關係 (malfunctioning hierarchies)。如果團隊成員如果團隊成員只想追求個人榮耀，不管球隊獲勝，他 (或她）就會導致球隊輸球；若學生只想透過作弊或其他取巧的方式獲得高分，而非追求知識，就會出現許多反效果的行為。
6. 當子系統的目標控制了整體系統的目標，所造的行為稱為次最佳化 (suboptimzation)。若校規阻止學生或教職員自由地探索領域的知識，大學的目的就消失；在經濟上，若中央政府從上過度干預市場，也會造成國家的災難。
7. 高度功能性的系統，層級關係用來平衡子系統與整體系統的福祉、自由與責任，其必須有足夠的中央控制力來協調各個子系統完成整體系統目標，並給予所有子系統足夠的自主性來自我組織、運作與發展。
8. 層級系統 (hierarchical systems) 是由下而上發展的。上層的目的是提供下層發展的目的。
17. 彈性 (resilience)、自我組織 (self-organization) 與層級關係 (hierarchy) 是動態系統可以運作順暢的主因，妥善管理這三要素，可以使系統永續發展。如果你沒有重視這三個要素，你很有可能會錯誤使用 (mistreat)、錯誤設計 (misdesign) 或誤判 (misread) 系統。
18. 對於系統，有三個要不斷提醒自己事實：
1. 每一個我們所認為、知道的世界都是一個模型 (model)：每一個單字與語言都是一個模型；所有的地圖、統計數字、書籍、資料庫、數學公式與電腦程式等，都是模型；我們腦中對於世界的圖像，就是心智模型 (mental models)。
2. 我們的模型與世界擁有強烈的一致性 (congruence)：這是為什麼我們在生物界是個成功的物種的原因。
3. 我們的心智模型通常無法完整的代表這個世界：這也是為什麼我們會犯錯，會對系統行為感到驚訝。在我們的腦中，我們在同一時間只能記錄僅僅幾個變數；我們常常從正確的假設中產生不合邏輯的結論，從錯誤的假設中得到符合邏輯的結論。大部分的我們，對於指數成長 (exponential growh) 的結果感到驚訝；少有人了解，如何降低複雜系統的波動。
19. System thinkers 遇到問題時，第一件事情會是去尋找系統的時間圖表資料與歷史。會這個做的原因是因為長期的行為表現，提供我們了解系統結構的線索，了解系統結構不僅可以知道發生什麼事情 (what)，還包含為什麼發生 (why)。系統結構 (system structure) 是系統行為 (system behavior) 的來源，系統行為透露其過去一段時間所發生的一連串事件。
20. 與系統結構緊密相關的包涵 stocks、flows 與 feedback loops。結構決定了系統潛在的行為。一個 goal-seeking balancing feedback loop 有達成目標或是維持在動態平衡；reinforcing feedback loop 產生指數型成長；兩者之間的交互作用，有可能產生成長、衰退或動態平衡。若兩著之間包含延遲 (delays)，系統就會產生震盪 (oscillations)；若兩者運作過程中，其中一個 loop 突然爆發，就可能產生意料之外的系統行為。