X
تبلیغات
دکتر وقردوست

طراحی و تحلیل سیستم ها

علمی

یک اصطلاح کلیدی در مبحث دینامیک سیستم , اصطلاح بازخور است که درک آن اهمیت زیادی دارد . همان گونه که در بخش تعاریف آمده است , بازخور ، فرایندی است که طی آن یک سیگنال از زنجیره ای از روابط علّی عبور می کند تا اینکه مجدداً بر خودش تاثیر بگذارد . دو نوع بازخور وجود دارد :

ü      بازخور مثبت (Positive Feedback) : افزایش(کاهش) در یک متغیر, بعد از یک تأخیر(delay) باعث افزایش(کاهش) همان متغیر می شود.

ü      بازخور منفی (Negative Feedback) : افزایش(کاهش) در یک متغیر, بعد از یک تأخیر(delay) باعث کاهش(افزایش) همان متغیر می شود.

با توجه به مفهوم فوق , دو نوع سیستم وجود دارد :

ü      سیستم حلقه باز (open loop ) : در آن زنجیره ساده ای از علیت وجود دارد . به عنوان مثال دمای هوا کاهش می یابد بنابراین افراد لباس گرم می پوشند . پوشیدن لباس گرم تاثیری بر دمای اتاق ندارد .

ü      سیستم حلقه بسته (closed loop) : در آن زنجیره ای حلقوی از علّیت وجود دارد .

مثال 1: کاهش دما در یک اتاق موجب فعال شدن ترموستات شده و بخاری را روشن می کند . در اثر روشن شدن بخاری , گرما تشعشع می کند و دما افزایش می یابد. (بازخور منفی)

image016.jpg

یعنی یک تغییر در دمای اتاق بطور اتوماتیک موجب تغییر دیگری در دما می شود. در مثال ترموستات , تأثیر دو تغییر فوق در جهت تعادل (balancing) است . کاهش در دما باعث افزایش دما می شود . اگر ترموستات به درستی کار کند , دمای هوا به مقدار زیادی از مقدار مطلوب تنظیم شده , انحراف نمی یابد .

سیستم های حلقه بسته را عموماً سیستم های بازخوردی (feedback systems) می نامند . در یک سیستم بازخوردی , یک متغیر همزمان هم علت است و هم معلول . دمای هوا تحت تاثیر تشعشع کننده ها قرار می گیرد و بر فعالیت ترموستات تاثیر می گذارد .

در یک سیستم بازخوردی , یک تغییر در محیط(به عنوان مثال تغییر دمای اتاق) منتهی به یک تصمیم (مثل تصمیم ترموستات) می شود که موجب انجام یک اقدام (روشن شدن بخاری) گشته و بر محیط تأثیر می گذارد (دمای هوای اتاق را بالا می برد)

مثال 2: مشاجره یک زوج (بازحور مثبت)

مرد: من از منزل بیرون می روم چون تو همیشه در حال غر زدن هستی!

زن: من فقط به این خاطر شکوه می کنم که تو همیشه مرا تنها می گذاری!!

نمودار زیر می تواند وضعیت بین این دو زوج را نشان دهد:

image018.gif

هر دو طرف برای حل مسئله (که هر یک ، آنرا در طرف مقابل می بیند! ) اقدام می کنند. از دیدگاه سیستمی ، این یک ساختار شناخته شده است که Escalation (گسترش تدریجی) نامیده می شود. در این ساختار ، راه حل اتخاذ شده توسط هر یک از طرفین ، عامل گسترش مسئله است. راه حل سیستمی دقیقاّ عکس راه حلی است که زوج فوق به کار می برند: مرد در منزل بماند (بدون توجه به غر زدن های همسرش) یا اینکه زن دست از غر زدن بردارد (هر چند هنوز هم همسرش از منزل بیرون می رود).

مثال 3: رقابت تسلیحاتی (بازخور مثبت)

یکی از مثالهایی است که پیتر سنگه به عنوان مثالی بارز از تفکر سیستمیک ذکر می کند. رقابت تسلیحاتی آمریکا و شوروی در دوران جنگ سرد ، نیز از ساختاری شبیه مثال قبل ، تبعیت می کند. دیدگاه سیستمی ، نتیجه چنین مسابقه ای را ، افزایش تنش و تهدید نشان می دهد. هر یک از طرفین بنا به ادراک خود از وقایع و در جهت تحصیل منافع کوتاه مدت خود ، عمل می نمایند. غافل از اینکه این اقدامات در درازمدت نتیجه ای کاملا مغایر و مخالف با اهداف کوتاه مدت ببار می آورد. بنابراین مانند بسیاری از موارد سیستمیک دیگر ، انجام اعمالی که به ظاهر کاملا بدیهی و ضروری می رسند ، الزاما منتج به نتایج مورد نظر و بدیهی نمی گردد. در مثال فوق ، تلاش طرفین برای افزایش امنیت خود ، منجر به ناامنی وسیعی گردید. (قدرت آتش سلاح های هسته ای تولید شده را در نظر بگیرید).

ساختار Escalation در حالت کلی از تعامل دو حلقه بازخور منفی ، ایجاد می گردد:

image020.jpg

در این نمودار ، A و B ، بیانگر دو بازیگر موجود در مدل هستند. چنانچه دو حلقه فوق را از هم باز کنیم ، حلقه زیر ایجاد می شود که یک حلقه تقویت کننده (بازخور مثبت) است :

image022.jpg

مثال 4: پر نمودن یک لیوان آب (بازخور منفی)

فرض کنید می خواهیم یک لیوان را از طریق شیر آب ، تا سطح معینی پر کنیم. بر اساس اختلاف بین سطح مطلوب آب و سطح آب موجود در لیوان ، میزان باز بودن شیر آب را تنظیم می کنیم. جریان آب موجب تغییر سطح آب لیوان شده و این حلقه تا رسیدن سطح آب لیوان به میزان مطلوب ، ادامه دارد.

 image024.jpg

به عنوان مثالهایی دیگر از سیستم بازخور مثبت , می توان رشد باکتری , رشد جمعیت , افزایش پول در حساب بانکی با بهره ، اعتیاد ، ورشکستگی بانکها (با انعکاس یک خبر در مورد شرایط نامساعد بانک) ، جنگ قیمتها (بین دو رقیب) ، بحران بنزین (به دنبال انتشار خبر کمیاب شدن بنزین در یک شهر) و افزایش فروش یک محصول به دلیل تعریف و تمجید مشتریان را نام برد . نمودارهای زیر , نحوه تغییرات این نوع سیستم ها را در حالت ساده نشان می دهند .

 PosDiagram.gif 

بازخور منفی موجب ظهور رفتار هدفجویی (goal seeking) می گردد . در سیستم های ساده ، رفتار هدفجویی ، مجانبی خواهد بود (مثل دو نمودار زیر) اما در سیستم ها یپیچیده تر ، نوسانی است .

 NegDiagram.gif