第4章_系统动力学仿真

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1、进入系统工程（SystemsEngineeringSE）第四章系统仿真及系统动力学方法1.系统仿真概述2.系统动力学结构模型化原理3.基本反馈回路的DYNAMO仿真分析4.系统动力学模拟步骤5.常用软件教学内容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STELLA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仿真一.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

2、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

3、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

4、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。（三）系统动力学的发展及特点1、由来与发展系统动力学(SystemDynamics,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。1、背景80年代以来1956年至60年代初60年代初至70年代初70年代初至80年代SD的出现始于1

5、956年，主要应用于工业企业管理，并创立了“IndustrialDynamics”(1959)SD思想和方法的应用范围日益扩大。“PrinciplesofSystems”(1968)，“UrbanDynamics”(1969)的出现.1972年美国MIT的J.W.Forrester正式提出“SystemsDynamics”。经历了两次严峻的挑战。SD成为一种重要的系统工程方法论和重要的模型方法。尤其是随着国内外管理界对学习型组织的关注,SD思想和方法的生命力更为强劲。系统动力学发展20世纪70年代以来，SD经历的两次严峻挑战第一次挑战(70年代中前期)：70年代初，来自26个国家的

6、75名科学家的罗马俱乐部困惑于世界面临人口增长与资源日渐枯竭的前景。鉴于当时一些惯用的工具难以胜任对此复杂问题的研究，于是寄希望于刚刚兴起的系统动力学方法。主要标志是两个世界模型(WORLDⅡ，Ⅲ）：(WORLDⅡ—“WorldDynamics,1971,Forester”;WORLDⅢ--“TheLimitstoGrowth,D.Meadows,1972”,和“TowardGlobalEquilibriumD.Meadows,1974”走向全球平衡)。这些成果引起了一场令人瞩目、旷日持久的论战。系统动力学正是在这一番论战中，加速壮大成熟起来。罗马俱乐部：国际性的未来学研究团体。1

7、968年4月在意大利经济学家A.佩切伊和英国科学家A.金倡议下，于罗马成立。宗旨是研究未来的科学技术革命对人类发展的影响，阐明人类面临的主要困难以引起政策制订者和舆论注意。 会员限300名。现有100多名国际上著名的学者和社会活动家为个人会员。每年召开一次大会 ，并经常召开国际性学术会议 。出版了《增长的极限》（即《米都斯报告》）、《重建国际秩序》、《走出浪费的时代》、《人类的目的》、《学无止境》、《第三世界：世界的四分之三》、《关于财富和福利的对话》、《走向未来的道