系统仿真及系统动力学方法

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1、第四章系统仿真及系统动力学方法系统仿真概述1系统动力学结构模型化原理2基本反馈回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函数4Vensim_PLE仿真软件5系统仿真及系统动力学方法1教学内容1.系统仿真概述2.系统动力学结构模型化原理3.DYNAMO仿真分析教学要求1.熟悉系统仿真的相关概念2.掌握系统动力学建模的原理、方法及步骤3.熟练应用Vensim进行系统仿真教学重点及难点因果关系图及流图的绘制DYNAMO仿真系统仿真及系统动力学方法第一节系统仿真及系统动力学概述（一）概念及作用1.基本概念所谓系统仿真，就是根据系统

2、分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。实际系统计算机模型建模仿真2、系统仿真的实质(1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。(2)仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。(3)仿真可以比较真实地描述

3、系统的运行、演变及其发展过程。3、系统仿真的作用(1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。(2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。(3)通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。(4)通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。二、系统仿真方法系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析

4、模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。由于连续系统和离散(事件)系统的数学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统(特别是社会经济和管理系统)仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。系统动力学方法通过建立系统动力学模型(流图等)、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。二、系统仿真方法1、由来与发展系统动力学(Syst

5、emDynamics,简称SD)是美国麻省理工学院福雷斯特(J．W．Forrester)教授提出来的研究系统动态行为的一种计算机仿真技术。本世纪50年代中期，研究作为工业系统的企业的各种活动1959年工业动力学（industrialdynamics）；1968年系统原理（PrinciplesofSystems)；1969年城市动力学模型（UrbanDynamics）1971年罗马俱乐部（TheclubofRome）研究报告即《增长的极限》（TheLimitstotheGrowth）,世界动力学模型（WorldDynami

6、cs）三、系统动力学的发展及特点1972年正式定名系统动力学：“系统动力学是研究信息反馈系统动态行为的计算机仿真方法。它有效地把信息反馈的控制原理与因果关系的逻辑分析结合起来，面对复杂实际问题，从研究系统的内部结构入手，建立系统的仿真模型，并对模型实施各种不同的政策方案，通过计算机仿真展示系统的宏观行为，寻求解决问题的正确途径。”三、系统动力学的发展及特点[美]彼得·圣吉（PeterM·Senge）著，第五项修炼—学习型组织的艺术与实务，上海三联书店，1998。作者简介：1970年从斯坦福大学获工学学士后进入MIT攻读管

7、理硕士学位，在此期间被Forrester教授的SD整体动态搭配的管理新理念所吸引。1978年获得博士学位后，一直和MIT的工作伙伴及企业界人士一道，孜孜不倦地致力于将SD与组织学习、创造原理、认知科学等融合，发展出一种人类梦寐以求的组织蓝图—学习型组织。2、研究对象及其结构特点（1）研究对象——社会系统（2）结构特点①抉择性——具有决策环节（人、信息）②自律性——具有反馈环节③非线性——具有延迟环节（3）SD将社会系统当作非线性（多重）信息反馈系统来研究三、系统动力学的发展及特点3、系统动力学模型的特点(1)多变量。这主

8、要是由SD对象系统的动态特性和复杂性所决定的。SD模型有三种基本变量、五到六种变量。(2)定性分析与定量分析相结合。SD模型由结构模型(流图)和数学模型(DYNAMO方程)所组成。(3)以仿真实验为基本手段和以计算机为工具。SD作为一种计算机仿真分析方法，是实际系统的“实验室”，可在PD-plus、VENSIM、ST