Merkittävien yhteiskunnallisten haasteiden ratkaiseminen edellyttää systeemisten muutosten toteuttamista (Leadbeater & Winhall, 2020). Esimerkkeinä merkittävistä yhteiskunnallisista haasteista voidaan mainita pyrkimykset korvata rakentamisessa käytettävät fossiilisperäiset raaka-aineet kestävillä biopohjaisilla raaka-aineilla ja kasvattaa rakennusteollisuuden komponenttien kierrätysastetta merkittävästi. Vastaavia haasteita kohdataan esimerkiksi myös kun paikallisia yhteisöjä muunnetaan energiapositiivisiksi, jotta ne tuottaisivat vuoden aikana vähintään yhtä paljon energiaa kuin kuluttavatkin.
Systeeminen muotoilu tarjoaa menetelmiä järjestelmämuutosten käytännön toteutukseen tavalla, joka yhdistää sekä laajempien kokonaisuuksien ymmärtämisen että käytännön ratkaisun suunnittelun yksittäisen toimijan näkökulmasta (Jones & Van Ael, 2023). Laajempien kokonaisuuksien ymmärtämistä kutsutaan usein systeemiajatteluksi (system thinking), jonka tavoitteena on ymmärtää syvällisesti systeemin nykyinen toiminta, toimijat ja nykyisen toiminnan taustalla vaikuttavat voimat. Käytännön ratkaisun suunnittelu yksittäisen toimijan näkökulmasta tuo metodologiaan ratkaisukeskeisyyttä. Lisäksi se auttaa huomioimaan käyttäjien tarpeet ja näin myös vahvistamaan sitä, kuinka hyvin eri toimijat hyväksyvät systeemisen muutoksen.
Systeemisen muotoilun metodologia
Systeemisen muotoilun toteuttamiseen on esitetty useita erilaisia metodeja. Esimerkiksi Jonesin ja Van Aelin (2023) kehittämä viisivaiheinen prosessi sisältää seuraavat vaiheet:
- Kehystys (Framing): Systeemin toimijoiden määrittäminen, toimintaympäristön ymmärtäminen ja innovaatiomahdollisuuksien kartoittaminen.
- Ymmärrys ja analysointi (Sensemaking and analysis): Toimijoiden määrittämisen jälkeen syvennetään ymmärrystä nykyisen toiminnan taustalla vaikuttavista voimista ja systeemin kausaalisesta käyttäytymisestä.
- Visio (Reframing): Systeemin toiminnan syvällisen ymmärtämisen jälkeen on mahdollista määrittää uusi yhteinen tavoite ja periaatteet sen saavuttamiseksi.
- Yhteissuunnittelu (Co-design): Yhteiseen tavoitteeseen pääseminen edellyttää yhteistä sitoutunutta ymmärrystä tarvittavista muutoksista, joita pyritään tekemään nykyiseen toimintaan.
- Tiekartan rakentaminen (Roadmapping): Käytännön toimenpiteiden määrittäminen ja aikatauluttaminen sekä käytännön toteutus kaikkien systeemin osapuolten kannalta.
Systeemisen muutoksen käytännön toteuttaminen on pitkä prosessi, joka alkaa uuden toimintatavan kehittämisestä ja päättyy toimialaa muuttavan käytännön skaalaukseen, jolloin uutta toimintatapaa ryhdytään hyödyntämään laajalti. Edellä esitetty viisivaiheinen prosessi soveltuu hyvin systeemisen muutoksen alkuvaiheeseen, jossa uutta toimintatapaa kehitetään ja pilotoidaan ensin pienessä hallitussa ympäristössä, ja se otetaan käyttöön ensimmäisissä todellisissa ympäristöissä.
Tässä julkaisussa keskitymme systeemisen muotoilun kahteen ensimmäiseen vaiheeseen, joiden tavoitteena on ymmärtää syvällisesti systeemin nykyinen toiminta, toimijat ja nykyisen toiminnan taustalla vaikuttavat voimat.
Metodeja nykyisen systeemin mallintamiseen
Nykyisen systeemin toiminnan riittävä ymmärtäminen on tavoitteena systeemisen muotoilun kahdessa ensimmäisessä vaiheessa: 1) Kehystys ja 2) Ymmärrys ja analysointi.
Kehystysvaiheessa ensimmäinen tehtävä on luonnollisesti muodostaa käsitys nykyisen systeemin tarkoituksesta, eli ymmärtää mitä systeemiltä loppujen lopuksi odotetaan ja määrittää systeemin toimijat. Systeemin toimijoiden määrittämisessä voidaan hyödyntää toimijakarttametodia (Actors Map) (Kuva 1a), jossa toimijat määritetään sen mukaan miten paljon niillä on valtaa ja tietämystä tavoitteeseen pääsemiseksi. Toimijoiden valta ja tietämys usein selittävät toimijoiden nykyistä käyttäytymistä osana systeemiä. Lisäksi toimijat esitetään kartassa mikro-, meso- ja makrotasoilla seuraavassa järjestyksessä: käyttäjä, organisaatio, toimiala ja politiikka. Systeemin nykyisen toiminnan reunaehdot puolestaan muodostuvat taloudellisista reunaehdoista, institutionaalisista rakenteista, syntyneistä käytänteistä ja toimintakulttuurista. Näiden esittämiseen voidaan käyttää rikas sisältö (Rich Context) –metodia (Kuva 1b), joka auttaa hahmottamaan voimia, jotka ohjaavat toiminnan nykyisen kaltaiseksi. Järjestelmien mallintamisessa on tärkeää ymmärtää muutosajankohdat ja muutosnopeus, eli ns. dynaaminen käyttäytyminen. Lisäksi muutoksen ymmärtäminen on mahdotonta ilman ymmärrystä toimintaympäristön tulevista muutoksista. Tämän vuoksi rikas sisältö -metodissa määritellään myös mitkä ovat sellaisia pitkän ajan trendejä, joiden uskotaan tuovan muutospaineita järjestelmän nykyiseen toimintaan. Systeemin toimintaan mahdollisesti tulevaisuudessa vaikuttavat innovaatiot esitetään Jonesin ja Van Aelin kartassa, joka kuvaa markkinarakoinnovaatiot-metodia (Niche Discovery) (Kuva 1c). Nämä ovat jo tiedossa olevia innovaatioita, jotka skaalautuvat jatkossa mahdollisesti laajempaan käyttöön, vaikka niiden vaikutukset systeemin nykyiseen toimintaan ovatkin vielä pieniä. Tämä lähestymistapa auttaa ymmärtämään kuinka nämä innovaatiot voivat parantaa nykyistä toimintaa ja luomaan erilaisia skenaarioita tulevaisuuden kehityspoluista, jos kyseiset innovaatiot skaalautuvat laajempaan käyttöön.
Ymmärrys ja analysointi -vaiheessa syvennetään ymmärrystä järjestelmästä, joka on määritelty kehystysvaiheessa. Nykyisen järjestelmän ulospäin näkyvää toimintaa voidaan ymmärtää paremmin käyttämällä tutkimuskysymyksen jäävuorimalli -metodia (Research Questions, kuva 2a), jossa määritetään tutkimuskysymyksiä jäävuorimallin mukaisesti. Ylimpänä, eli kuvainnollisesti veden pinnan päällä, esitetään systeemin nykyinen näkyvä toiminta. Pinnan päällä olevaa toimintaa selittävät pinnan alla olevat rakenteet, arvot ja myytit, jotka ovat mahdollisesti ainakin osittain tuntemattomia, ja joita voidaan pyrkiä ymmärtämään syvemmin soveltavan tutkimuksen menetelmien avulla. Pinnan alla olevien rakenteiden kunnollinen ymmärtäminen luo näin varman pohjan myös nykyisen järjestelmän toiminnan ymmärtämiselle. Nykyisen järjestelmän toimintaan keskeisesti liittyvät muuttujat puolestaan määritetään monipääomamalli–metodilla ( Multicapital models, kuva 2b). Näitä muuttujia ovat taloudelliset, rakenteelliset, inhimilliset, sosiaaliset, kulttuuriset, poliittiset, informaatioon liittyvät ja luonnonvaroihin liittyvät muuttujat, joiden tulee olla ajan suhteen muuttuvia ja niiden arvo voidaan mahdollisesti jopa mitata. Lopuksi muuttujien välistä kausaalista riippuvuutta voidaan kuvata systeemin dynaaminen kartta -metodin (System Dynamic Map) avulla (kuva 2c, Nogueira ym., 2019), jossa esitetään muuttujien väliset riippuvuudet, eli minkä muuttujan muutos joko kasvattaa tai pienentää muita muuttujia. Tällaisessa kartassa kasvava vaikutus kuvataan nuolella ja positiivisella merkillä, ja pienentävä vaikutus puolestaan kuvataan negatiivisella merkillä. Tämä auttaa ymmärtämään myös systeemin takaisinkytkentöjä, joilla on merkittävä vaikutus systeemin dynaamiseen käyttäytymiseen.
Case: Kiinteistön lämmityksen ja ilmastoinnin ohjaus
Kerrostalojen tyypillinen lämmitysmuoto on kaukolämpö ja tähän liittyvä järjestelmä on tyypillinen esimerkki sosioteknisestä systeemistä. Tekninen osa muodostuu keskitetystä lämmöntuotannosta voimalaitoksessa, lämmön jakelusta kiinteistöihin ja kiinteistöjen taloteknisistä järjestelmistä, jotka hoitavat sisälämpötilan ohjauksen ja riittävän ilmanvaihdon. Systeemin sosiaalinen osa muodostuu kiinteistön asukkaista ja teknisistä organisaatioista, joita tarvitaan järjestelmän ylläpidossa ja lämmön tuotannossa. Lisäksi systeemin tähän osaan kuuluvat myös viranomaiset, jotka laativat ohjeita ja vaatimuksia erityisesti ympäristön suojelun näkökulmasta. Kuvassa 3 on esitetty systeemin toimijat lämmitysjärjestelmän toimijakartassa.
Systeemin toimintaympäristöä on esitetty rikas sisältö -metodin avulla kuvassa 4. Ulkokehällä on kuvattu nykyinen toimintaympäristö ja sisäkehällä sellaisia tulevaisuuden trendejä ja suuntaviivoja, joiden merkityksen uskotaan kasvavan jatkossa. Kuvassa 5 on esitetty systeemin tutkimuskysymys-jäävuorimalli, eli näkyvään toimintaan liittyvät kysymykset on esitetty yläosassa, kun taas toiminnan taustalla oleviin asenteisiin, uskomuksiin ja mielipiteisiin liittyvät kysymykset on esitetty alaosassa. Vastausten löytäminen näihin kysymyksiin syventää ymmärrystä nykyisen systeemin toiminnan taustalla vaikuttavista tekijöistä. Nämä on tärkeä tietää siinä vaiheessa, kun muutosprosessiin suunnitellaan uutta visiota ja tavoitteita. Näiden kysymysten selvittäminen vaatii tutkimusta, joka pohjautuu usealla eri menetelmällä kerättyyn aineistoon.
Dynaamisessa systeemissä, kuten kiinteistöjen lämmityksen ja ilmastoinnin ohjauksessa, on ajan kuluessa muuttuvia muuttujia, jotka on tämän tapausesimerkin osalta esitetty kuvan 6 monipääomamallissa. Tämän systeemin muuttujat painottuvat luonnonvaroihin ja inhimillisiin muuttujiin, jolloin muuttujia ovat sekä tyytymättömien ympäristötietoisten asukkaiden että kustannustietoisten asukkaiden lukumäärät. Jos käytettävissä olisi vastaukset jäävuorimallissa esitettyihin kysymyksiin – eli siihen miten paljon asukkaat ovat valmiita muuttamaan käytöstään sisäilmaolosuhteiden osalta, ja toisaalta jos asukkailla olisi tieto sisäilmamuutoksen vaikutuksesta sekä kustannuksiin että ympäristökuormitukseen – saataisiin tässä tapauksessa kartoitettua edellytykset siirtyä kohti edullisempaa ja ympäristöystävällisempää systeemin ohjausta.
Systeemin dynaaminen kartta kiinteistön lämmitysjärjestelmän osalta on esitetty kuvassa 7. Alaosassa sinisellä on esitetty asiakastyytyväisyyden kehittyminen. Käytännössä asukastyytyväisyyden kasvaessa tarve tehdä muutoksia järjestelmään pienenee, kunnes saavutetaan tasapainotila ja systeemin muuttujat stabiloituvat tiettyyn tasapainotilan arvoonsa. Kaaviossa on violetilla värillä esitetty talotekninen järjestelmä, eli se miten sisälämpötilaa ja sisäilman hiilidioksidipitoisuutta voidaan ohjata patteriverkostojen lämpötiloja säätämällä. Punaisella värillä on esitetty energiantuotanto ja siitä syntyvät kustannukset, ja vihreällä on merkitty energian tuotannosta syntyvät hiilipäästöt.
Tarkasteltaessa lämmitysjärjestelmän systeemidynaamista karttaa voidaan havaita, että kuusikulmioissa esitetyt muuttujat vastaavat tutkimuskysymys-jäävuorikartassa esitettyjä tekijöitä, jotka vaikuttavat käyttäytymiseen taustalla, , ja jotka ei voida tietää ilman tarkempaa tutkimusta. Tämän vuoksi näiden vaikutusta ei ole käytännössä huomioitu nykyisessä lämmitysjärjestelmässä. Toisaalta on mahdollista saada tarkkaa tietoa siitä, kuinka muuttujat ”Patteriverkoston lämpötila”, ”IV-koneen lämpötilat” ja ”Ulkoilman osuus ilmanvaihdosta” vaikuttavat sisäilman laatua kuvaaviin muuttujiin, eli ”Sisäilman CO2”, ”Sisälämpötila” ja ”Kaukolämpöenergia”, tekemällä matemaattinen malli näiden sisäänmenomuuttujien ja ulostulomuuttujien välille. Julkaisussa Metsä-Eerola et al. (2022), on esitelty tällainen erilaisiin neuroverkkomalleihin perustuva malli, joiden joukosta on valittu parhaiten tämän tapausesimerkin systeemiä kuvaava malli. Tämä on mahdollista, koska kaikista näistä muuttujista on saatavilla runsaasti aikasarjadataa pitkältä ajalta, ja neuroverkkomallit on tätä dataa käyttämällä opetettu kuvaamaan tätä systeemiä.
Yhteenveto
Kuten voidaan nähdä, systeeminen muutos edellyttää hyvää ymmärrystä nykyisen systeemin toiminnasta ennen kuin muutostarpeiden ja -mahdollisuuksien visiointia voidaan aloittaa. Edellä esitetyt menetelmät tarjoavat hyvän työkalupakin tällaiseen systeemien mallinnukseen, joka toteutetaan käytännössä lähinnä työpajoissa. Tällaisessa työpajatyöskentelyssä osallistetaan systeemin avaintoimijoiden edustajia, ja yhtenä tärkeänä tavoitteena onkin luoda hyvä yhteinen ymmärrys nykytilasta. Osallistaminen tukee hyvin myös jatkokehitystä, yhteisen vision luomista ja muutosprojektin edistämistä systeemisen muutoksen myöhemmissä vaiheissa. Jonesin ja Van Aelin Design Journeys through Complex Systems (2023) tarjoaa tarkemman kuvauksen myös näistä menetelmistä.
Case-esimerkkinä esitettiin sosiotekninen lämmitysjärjestelmä ja esimerkin avulla demonstroitiin Jonesin ja Van Aelin (2023) kuvaamien metodien käyttöä systeemin toiminnan ymmärtämisessä. Lopuksi on huomautettava, että koska lämmitysjärjestelmä sisältää useista toimijoista muodostuvan sosiaalisen systeemin, sen toiminnan syvällinen ymmärtäminen edellyttäisi jatkotutkimusta kohderyhmässä. Toisaalta järjestelmä sisälsi myös teknisen osan ja sen mallintaminen on mahdollista matemaattisten mallien avulla, mikäli käytettävissä on riittävästi aikasarjadataa mallien opettamiseen.
Lähdeluettelo
- Jones, P., & Van Ael, K. (2023). Design Journeys through Complex Systems (2.). BIS Publishers.
- Leadbeater, C., & Winhall, J. (2020). Building Better Systems: A Green Paper on System Innovation. Rockwool Foundation.
- Metsä-Eerola, I., Pulkkinen, J., Niemitalo, O., & Koskela, O. (2022). On Hourly Forecasting Heating Energy Consumption of HVAC with Recurrent Neural Networks. Energies, 15(14). https://doi.org/10.3390/en15145084
- Nogueira, A., Ashton, W. S., & Teixeira, C. (2019). Expanding perceptions of the circular economy through design: Eight capitals as innovation lenses. Resources, Conservation and Recycling, 149, 566–576. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.06.021
Kirjoittajat
