3.1.1 시스템 다이내믹스 개요
시스템 다이내믹스란 시스템적 사고(Systems thinking)를 모델화하는 도구이다 (김기찬 외, 2007). 시스템 다이내믹스는 ‘시스템의 구조를 모델화하여 컴퓨터 에서 시뮬레이션함으로써 그 정책효과를 분석하는 방법론’을 말하는데 1956년 Jay W. Forester12)에 의해 처음 소개되었다(김도훈 외, 2001; 전준우 외, 2015).
포레스터 교수가 ‘산업동태론(Industrial Dynamics)’이라는 책을 발간하면서 처음으로 소개되었다. 그는 동 연구를 통해 산업 동태론은 산업시스템들의 형 태를 연구는 방식이며 정책, 의사결정과 구조 그리고 물질적․정보적 지연(delay) 등이 어떻게 상호 연결되어서 시스템의 성장과 안정성에 영향을 주는지를 밝히 고자 하였다(김도훈 외, 2001; 송상근, 2014).
이 방법론은 정성⦁정량적인 통합 시스템을 통해 비선형 피드백 특성을 지니 고 있는 복잡한 시스템의 동태적인 현상을 정량적으로 분석할 수 있다(곽상만, 2005; 박성일 외, 2012). 이는 시간의 흐름에 따른 문제의 현상이 어떻게 변하는 가를 중점적으로 시뮬레이션 하기 때문에 시스템 내에서 존재하는 변수의 양상 에 따라 피드백을 기반으로 정성적이고 정량적인 분석이 가능하다(Yang, 2009;
박성일 외, 2012). 그리하여 시스템의 동태성(Dynamics)의 원인인 시간, 구성요 소들 간의 피드백(Feedback loop) 그리고 정보 및 물질 흐름의 시간 지연(Time Delay)을 모델화하는데 적합한 프로그램 도구이다(김영국 외, 2014).
시스템 다이내믹스의 피드백 구조를 이루는 인과관계 대부분이 선형적(Liner) 이기보다는 비선형적(Non-Linear)임을 강조한다(곽상만, 2005; 송상근, 2014). 따
12) Jay Wright Forrester(1918.07-2016.11), 미국의 컴퓨터 엔지니어이자 시스템 과학자였으며 MIT대의 Sloan Management School 교수였음. 동적 시스템의 상호 작용을 시뮬레이션으로 다루는 시스템 다이내믹스(System Dynamics)의 창시자임. 위키피디아. 2018.05.26. 검색
라서 시스템 다이내믹스는 특정 문제와 관련된 변수 값의 증감과 시간 지연에 따른 변화를 분석하여 문제 해결 및 의사결정 하는 데 적용되고 있다(Forrester, 1961, 1969; 김영국 외, 2014).
시스템 다이내믹스는 시스템(System)과 다이내믹스(Dynamics)라는 두 개의 단 어가 합성된 것으로 공학과 사회과학의 결합으로도 간주하는 학자도 하다. 김 희숙(2007)과 김기찬 외(2017)은 Dwight와 Harry(1982)의 연구의 인용을 통해 시 스템(System)이란 관찰하고자 하는 어떤 대상이나 공간상의 영역 혹은 어떤 물 질의 양이라고 설명하였다. 또한 다이내믹스(Dynamics)란 시간의 흐름에 따라 대상이 변화하는 것으로 해석하였다.
시스템 다이내믹스의 기반은 처음에는 정책의 설계 도구로 개발되었으나 1970년에 세계 환경 예측 분석 및 국가경제 모델의 거시적 연구에 활용되면서 산업 전반에 걸쳐 본격적으로 활용되기 시작한다. 1980년대에는 기업 조직의 동태적 적응과정에서 의사결정을 지원하는 방법론으로 연구되었다(김기찬 외, 2007; 송상근, 2014). 복잡한 시스템의 해결책에 관한 연구로 다양한 분야에서 활발히 활용되고 있는 시스템 다이내믹스는 시스템과 관련된 재고관리, 제품 판매 예측, 조직관리, 인사관리, 성과측정, 전략 및 대안의 효과 예측, 새로운 사회제도와 정책의 채택에 따른 영향력 분석 등의 문제를 모델화(modeling)할 수 있다(송상근, 2014).
김영국 외(2014)는 Sterman(2000)의 연구의 인용을 통해 시스템 다이내믹스의 모델링 과정을 5단계로 해석하였다. 문제에 대한 인식과 연구의 목표를 세우는 것이 첫 번째 단계인 ‘문제의 개념화’이고, 두 번째 단계인‘동적 관계 설 정’에서는 시스템 관련 변수 선정과 변수 간의 동적 관계를 설정한다. 세 번 째 단계인 ‘시뮬레이션 모델링 ’ 에서는 Stock-Flow 다이어그램의 구축하고,
‘시험 및 검증’ 단계를 통해 Stock-Flow 다이어그램의 타당성을 검증하였다.
그리고 마지막 단계인 ‘정책설정 및 평가’를 수행하면서 문제에 대한 효율적 인 의사결정 방안을 제시한다(박성일 외, 2012; 김영국 외, 2014).
3.1.2 시스템 다이내믹스 특성
시스템 다이내믹스의 방법론의 특성은 다음과 같다.
첫째, 문제 요인들의 순환적 인과관계(Circular Causality)와 피드백 구조 (Feedback Loop)를 강조한다. 피드백 구조란 변수들 간의 인과관계가 상호 연결 되어 인과적으로 폐쇄된 구조를 형성한다(Richardson, 1991). 피드백 구조의 강 조는 시스템의 변화를 외부변수가 아닌 내부변수에서 식별하고 시스템의 전반 적인 구조에서 찾는다는 점을 의미한다(서혁, 2006; 김가혜, 2008). 김도훈은 피 드백의 구조는 각종 정책과 관련된 변수들 간에 존재하는 피드백 구조를 발견 하므로, 정책의 성공과 실패의 원인을 구조적인 측면에서 이해하고 문제 해결 의 대안을 모색하는 것(김도훈 외, 1999, 2001; 김가혜, 2008; 송상근, 2014)으로 설명하였다.
둘째, 문제를 유발하는 요인의 상대적 중요성이 고정되어 있는 것이 아니라 시간의 흐름에 따라 변하는 것으로 본다(서혁, 2006). 즉 시간의 흐름에 따른 동 태적 변화에 관심을 둔다는 것이다.
셋째, 문제 요인을 찾아낼 뿐만 아니라 요인들이 어떻게 문제를 야기하는가에 대해서도 설명한다.
넷째, 분석적 사고와 통합적 사고의 조화를 강조하는 것으로 시스템을 구성하 는 요인과 요인을 분석하고 차례로 요인들을 연결함으로써 시스템 전체를 이해 하고자 한다(김가혜, 2008; 최우람, 2010). 즉 시스템 다이내믹스를 문제의 구조 를 밝히는데 초점을 두기 때문에 사건 중심의 기법이 아니고 문제 요인의 특성 을 파악한 후 문제 해결의 대안을 모색하고자 한다. 따라서 부분에 집착하기보 다는 전체를 파악하고 가까이에서 부분을 볼 것을 강조하는 사고의 틀이자 분 석 틀이다(김도훈 외, 1999).
특성 통계적 방식 시스템 다이내믹스
추론의 방식 기존의 경험적 자료 변수들 간의 인과적 관계
분석의 대상 정태적 형태 동태적 형태
분석의 초점 두 변수간의 상관관계 다 변수들간의 순환관계
분석의 목표 수치적 정확성의 추구 구조적 정확성의 추구
정책 예측 단기적 예측 장기적 예측
정책처방의 실험 어려움 쉬움(정책수단의 발견)
Table 9 통계적 기법과 시스템 다이내믹스 방법론간의 비교
자료: 김도훈, 문태환, 김동환(1999), 시스템 다이내믹스
3.1.3 주요 구성 요소 (1) 스톡변수(Stock)
시스템의 상태를 나타내는데, 저량 또는 수준(Level) 변수라고도 한다. 스톡은 시간에 따른 변화하는 결과 값으로써 현재 시점에서의 누적량을 의미한다.
(2) 유입 유출량(Flow)
시스템의 상태, 즉 스톡의 변화를 일으키는 유입량(Inflow)과 유출량(Outflow) 을 말한다. 이러한 플로우는 시간에 따른 변화량이라고도 한다.
(3) 보조변수(Auxiliary)
독립변수와 종속변수로 구성된 함수식으로 다양한 함수들을 이용하여 문제의 현상을 설명하는 변수이다.
(4) 상수(Constant)
상수변수로서 의사결정 변수와 초기 환경 값이 설정된다.
(5) 연결선(Link)
링크 또는 연결선인데 변수와 변수간의 관계를 형성해 준다.
본 연구에서 사용한 파워심의 주요 모델링 아이콘과 기능은 표 10과 같다.
3.1.4 시스템 다이내믹스 기법 수행 절차
시스템 다이내믹스는 문제의 근원이 되는 원인구조를 밝힘으로써 피드백 구 조에서 문제에 대한 해결을 모색하는 것으로 시스템에서 나타나고 있는 현재의 상황은 반드시 이전 시스템의 결과가 원인으로 작용한다. 이러한 메커니즘을 이해하고 모델을 효율적으로 구축하기 위해서는 시스템적 사고를 갖추어야 한 다(김기찬 외, 2007; 송상근, 2014). 일반적으로 시스템 다이내믹스의 수행 절차 는 아래 그림 13과 같이 문제 정의, 인과지도 작성, 모형 구축, 시뮬레이션 구 축, 분석, 모형의 타당성 평가, 의사결정의 수행 절차에 의해 이루어진다(손기 영, 2007; 손승현, 2018).
명칭 기능
스톡변수(Stock) 시스템 상태. 변화를 누적하여 그 결과를 표시
보조변수(Auxiliary) 변수와 변수 사이에서 계산을 수행하는 매개변수 또는 종속변수
상수(constant) 해당 변수 값을 스스로 정할 수 있는 독립 변수
연결선 변수를 서로 연결하여 상호 연산을 할 수 있도록 함 플로우 변수(Flow) 변화율 변수(미분 변수)로 스톡 변수 값을 변화시킴
Table 10 주요 모델링 명칭 및 기능
Fig. 13 시스템 다이내믹스 기법 연구 수행 절차 자료: 손기영(2007), 상업건축물 사업타당성분석 모형구축
김기찬 외(2007), Vensim을 활용한 System Dynamics
송상근(2014), 시스템 다이내믹스를 이용한 부산항 환적물동량 예측에 관한 연구
즉, 어떠한 문제현상에 대하여 요인들의 정의를 명확히 하고, 문제발생에 관 련된 각 문제 요인들 간의 피드백 구조를 파악하여 인과지도를 작성한다. 작성 된 인과지도를 바탕으로 시스템 다이내믹스 모델링 도구를 활용, 변수의 동태 적인 변화를 시스템 내부에 존재하는 변수들과의 상호작용을 파악한다. 이후 중요 요인들을 분석하여 최적화 시뮬레이션, 리스크 시뮬레이션 과정을 통하여 형태 분석을 하고 시뮬레이션 모델 결과에 대한 평가 및 검증함으로써 의사결 정을 수행 할 수 있다(손기영, 2007; 손승현, 2018).