系统动力学及Vensim建模与模拟技术共116页
系统动力学及vensim建模与模拟技术
系统行为分析
预测系统行为
在构建系统动力学模型时，需要对系统的行为进行预测和分析，了 解系统在不同条件下的响应和变化规律。
分析行为特征
通过对系统行为的深入分析，可以了解系统的动态特性和变化趋势， 为模型建立提供依据。
确定行为目标
在分析系统行为的基础上，需要确定系统的行为目标，即希望系统 达到的状态或结果，以便对模型进行有效的优化和控制。
定义模型规则
根据系统行为的特点，定义模型规则，如时 间延迟、逻辑规则等。
参数化模型
根据已知数据和经验，为模型中的参数赋值。
模型验证与测试
01
模型验证
通过对比历史数据和模拟结果，验 证模型的准确性和可靠性。
模型测试
通过多种情景模拟，测试模型的预 测能力和适用范围。
03
02
敏感性分析
分析模型对参数变化的敏感性，了 解参数对系统行为的影响。
详细描述
城市交通系统是一个复杂的网络，包括道路、交通信号、车辆、行人等。通过 建立城市交通系统模型，可以模拟不同交通政策或基础设施改进方案的效果， 为城市交通规划提供决策支持。
案例三：企业运营系统模拟
总结词
企业运营系统模拟是应用系统动力学和Vensim建模与模拟技术的实际应用案例 ，用于优化企业资源配置和提高运营效率。
03 系统动力学模型构建
系统边界设定
1 2
确定研究范围
在构建系统动力学模型时，首先需要明确系统的 研究范围，即确定系统的边界，以避免不必要的 复杂性和不确定性。
排除外部因素
在设定系统边界时，应将注意力集中在系统内部 的相互关系上，暂时忽略外部因素的影响。
3
确定主要变量
在确定系统边界后，应确定对系统行为有重要影 响的主要变量，这些变量将成为模型中的状态变 量。
系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程
系统动力学模型构建与Vensim 软件应用教程第一部分系统动力学与Vensim 软件一、系统动力学概述系统动力学(SystemDynamics)是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题交叉的综合性的新学科。
系统动力学认为,系统的行为模式与特性主要地取决于其内部的动态结构与反馈机制。
系统:相互作用诸单元的复合体，例如:社会、经济、生态系统。
反馈:系统内同一单元或同一子块其输出与输入间的关系。
对整个系统而言，"反馈"则指系统输出与来自外部环境的输入的关系。
反馈可以从单元或子块或系统的输出直接联至其相应的输入，也可以经由媒介其他单元、子块、甚至其他系统实现。
所谓反馈系统就是包含有反馈环节与其作用的系统。
它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的后果回授给系统本身，以影响未来的行为。
例如：库存控制系统是一个反馈系统，如图：发货使库存量减少，当库存低于期望水平以下一定数值后，库存管理人员即按预定的方针向。
生产部门订货，货物经一定延迟到达，然后使库存量逐渐回升。
反映库存当前水平的信息经过订货与生产部门的传递最终又以来自生产部门的货物的形式返回库存。
正反馈的特点是，能产生自身运动的加强过程，在此过程中运动或动作所引起的后果将回授，使原来的趋势得到加强；负反馈的特点是，能自动寻求给定的目标，未达到(或者未趋近)目标时将不断作出响应；具有正反馈特性的回路称为正反馈回路，具有负反馈特点的回路则称为负反馈回路(或称寻的回路)；分别以上述两种回路起主导作用的系统则称之为正反馈系统与负反馈系统(或称寻的系统)。
回路的概念最简单的表示方法是图形，系统动力学中常用三种图形表示法：系统结构框图(structurediagram)因果关系图(causalrelationshipdiagram)流图(stockandflowdiagram)系统动力学解决问题大体可分为五步：第一步要用系统动力学的理论、原理和方法对研究对象进行系统分析。
系统动力学模拟软件Vensim使用指南
系统动力学模拟软件Vensim使用指南严广乐张志刚（上海理工大学管理学院）在目前系统动力学专用的计算机模拟语言软件中，V ensim是界面非常友好的一种模拟工具，它的功能非常强大，可以运行方程数目达数千的大型模型，因此被人们广泛使用，如美国的国家模型等。
一、Vensim软件简介Vensim是美国Ventana Systems公司推出的在Windows操作平台下运行的系统动力学专用软件包，其版本在不断升级，目前最新的版本为V5.0c。
Vensim PLE是Ventana Systems公司提供的个人学习版，可到公司的网站上免费下载试用。
1.1 Vensim软件的主要特点Vensim是一款可视化的模型工具，使用该软件可以对动力学系统模型进行概念化、模拟、分析和优化。
Vensim PLE和PLE Plus是为简化系统动力学的学习而设计的Vensim的标准版本。
Vensim PLE提供了一个非常简单易用的基于因果关系链、状态变量和流图的建模方式。
Vensim用箭头来连接变量，系统变量之间的关系作为因果连接而得到确立，方程编辑器可以帮助方便地建立完整的模拟模型。
通过建立过程、检查因果关系、使用变量以及包含变量的反馈回路，可以分析模型。
当建立起一个可模拟的模型，Vensim可以从全局来研究模型的行为。
Vensim PLE适合于建立规模较小的系统动力学模型，而Vensim PLE Plus功能则更加强大，支持多视图，适合于大型的模型模拟。
Vensim提供了对所建模型的多种分析方法。
Vensim可以对模型进行结构分析和数据集分析，结构分析包括原因数分析、结果树分析和反馈回列表分析，数据集分析包括变量随时间变化的数据值及曲线图分析。
此外，Vensim还可以实现对模型的真实性检验，以判断模型的合理性，从而相应调整模型的参数或结构。
1.2 Vensim PLE的用户界面Vensim PLE的用户界面是标准的Windows应用程序界面。
第6讲_系统动力学及Vensim建模 PPT
系统动力学的系统观点基础
系统可以用一组随时间变化的状态变量X=(x1,x2,..n)描述：系统的相空间 系统有一定的输入： U=(u1, u2, ..,um)： 控制量 系统是通过相互作用而发展变化的：X’=f(X,U,t)
X`(x1`,x2`,...,xn`)
X(x1,x2,..,xn)
U(u1,u2,...,um)
系统动力学建模框架和结构
策略的执行 策略分析
计算机模拟
对一个系统 的认识
模型的建立
问题的定义 系统的概念化
系统动力学解决问题的一般过程
提出 问题
参考行为 模式分析
提出假设 建立模型
模型 模拟
得到 结论
▪ 提出问题：明确建立模型的目的。即要明确要研究和解决什么问题。
▪ 参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设 想和期望的系统行为模式。作为改善和调整系统结构的目标。
Vensim 软件的历史
Vensim 软件的历史
(4)简单系统与行为 一阶系统系统行为 二阶系统系统及行为
(1) 系统动力学简介
系统动力学发展历史 系统动力学主要应用领域 系统动力学基本观点 系统动力学学科基础 系统动力学建模基本过程
系统动力学发展历史
MIT和福瑞斯特（Jay W. Forrester）
1950~60年代SD诞生
工业动力学、城市动力学
第6讲_系统动力学及Vensim建模
主要内容
(1)系统动力学简介 系统动力学发展历史 系统动力学主要应用领域 系统动力学学科基础 系统动力学建模基本过程
(2)Vensim 软件简介 软件配置 基本功能 用户界面 模型库及辅助知识
(3)系统动力学及Vensim建模基础 因果链与反馈 因果回路图构建 流图构建
系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程
系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程
教师简介
王普，博士，讲师，北京理工大学管理科学与工程专业博士，高校教师。
课程介绍
《系统动力学模型构建与Vensim软件应用课程》主要介绍了系统动力学模型的构建过程以及借助Vensim软件实现模型的求解过程。
通过本课程的学习，一方面可以掌握系统动力学模型的基本原理和建模实现。
另一方面，可以掌握Vensim软件对系统动力学模型进行求解的操作步骤和方法。
本课程适合初学者听，听完后，可以掌握基本的系统动力学模型构建与Vensim软件操作方法与结果解读。
本教程为高清视频，画面清晰生动，身临其境。
同步教程，举一反三，效果翻倍。
可登陆中国科学软件网或科学软件学习网免费试看。
课程大纲
本视频课程分为8讲，共11个视频，时长为522分。
读书会第14期系统动力学理论概述与Vensim软件课题应用.ppt
• 假设的实证 ✓回归分析——具备针对性 ✓结构方程——具备整体性
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.5 课题应用——测试
• 比较参考模式 ✓ 劳动力需用曲线、项目工人变动曲线（经验性总结）
• 测试灵敏度 ✓ 状态和速率对各种关键变量（如成长时间）的灵敏度
• 分析鲁棒性 ✓ 极端条件下系统模型的行为结果是否符合现实？ ✓ 如成长时间为零、招工间隔时间过长等极端条件
1 系统动力学的理论概述
1.3 系统动力学的表达工具
• 存量流量图的绘图原则 ✓ 状态变量必须附有流入或流出的变量 ✓ 只有速率变量才能改变状态变量 ✓ 状态变量—信息取出线；速率变量—信息流入线 ✓ 辅助变量只能有信息流线经过 ✓ 常量只能有信息取出线经过
RIPAM
1 系统动力学的理论概述
1.4 系统的行为模式与结构
第二章： 流动行为 机制的实 证分析
第三章： 流动行为 机制的系 统分析
第四章： 对策分析 与评估
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.2 课题应用——明确问题和边界
• 选择问题：研究问题是什么？ ✓ 产业工人的流动行为，体现为项目流动状态和流动速率
• 关键变量：必须考虑的概念是什么？ ✓ 项目上产业工人的数量变化、新老工人的比例 ✓ 人均劳动效能（质量指标）、人均劳动成本
Area
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.1 建模过程概述
• 明确问题，确定系统的边界 ✓ 选择问题、关键变量、时限
• 提出动态假说 ✓ 现有理论解释、反馈假设、绘制因果图
• 写方程 ✓ 明确决策规则、确定初始值、验证动态假设
• 测试 ✓ 比较参考模式、测试灵敏度、分析鲁棒性
系统动力学及Vensim建模与模拟技术
R1 实际库存 发货 满足顾客订货时间 结存订单 发货2
顾客订货速率
20
变量与方程建立
Page 21
变量
状态变量
Level或积分量 是单位时间变化量 是单位时间变化量
速率变量
辅助变量
21
应用例举（库存与劳动力模型）
Page 22
确定问题
问题的定义 参考模式 构模目的与使用模型的用户持点（关注两者的变化关系） 系统的界限 （库存、劳动力） 系统的反馈结构 （以库存和劳动力为主的因果反馈回路分析）
Vensim软件的界面
Page 9
标题栏：Titel Bar 菜单栏: Menu 工具栏 :Tools Bar
Main Tools Simulation Tools Analysis Tools Sketch Tools
状态栏 :Status Bar 流图区
9
Vensim软件的界面
订货增加
库存减少
订货 -
减少交 货延迟
库存增加
16
因果回路图分析（分析的基本技巧）
Page 17
因果链极性
因果链A→+ B：连接A与B的因果链取正号，
– （1）若增加A使B也增加，或 – （2）若A的变化使B在同一方向上发生变化。
因果链A→- B：连接A与B的因果链取负号，
– （1）若A的增加使B减少，或 – （2）若A的变化使B在相反方向上发生变化。
水位差 + 决定添水
18
流图构建（模型的实质性）
Page 19
系统动力学认为反馈系统中包含连续的，类似流体流动与积累过程。 速率或称变化率，随着时间的推移，使状态变量的值增或减。
第四章-系统仿真及系统动力学方法ppt课件
4、工作程序
认识 界定 要素及其因 问题 系统 果关系分析
建立结 建立数 仿真 比较与 政策 构模型 学模型 分析 评价 分析
（流图）（DYNAMO方程）
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
DYNAMO函数
5 Vensim_PLE仿真软件
法及步骤 3.熟练应用Vensim进行系统仿真
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
➢凡是利用计算机在模型上而不是在真实系统 上进行试验、运行的研究方法都可认为是仿真
➢系统仿真是设计系统的计算机模型，并利用 它进行试验以了解系统的行为或评估系统运用 的各种策略的过程
➢系统仿真包括两个过程：建立模型和对模型 进行实验、运行
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真方法。
1.连续系统仿真
系统中状态变量随时间连续地变化的系统，其系 统模型通常是由微分方程组成，当系统比较复杂 引入非线性因素后，微分方程很难求解，需要采 用仿真方法求解
15
2、蒙特卡罗法简介
举例：PERT网络计划仿真问题：
第一步：每一工作有一工作时间的概率分布（a≤t≤b) 第二步：产生随机数，即给每一工作产生一个随机的
工作时间 第三步：计算网络的工期及工作的时间参数 第四步：返回第二步重新计算
如果计算1000次便可判断各工作可能的各种时间 参数
系统动力学及Vensim建模与模拟技术
系统有一定的输入： U=(u1, u2, ..,um)： 控制量 系统是通过相互作用而发展变化的：X’=f(X,U,t)
X`(x 1`,x 2`,. . . ,x n`)
X( x1, x2 ,. . ,x n)
U( u1, u2, . . ., um)
系统由多个子系统组成，最小的子系统是一阶反馈回路，它包含：状 态量，速率量，及辅助变量，是一个多元一阶微分方程
系统的未来发展取决于其结构及初始条件: U, f(X,U,t)) 系统动力学的模型，相当于这组微分方程组： X’=f(X,U,t)
16
基本理论知识
Page 1
系统动力学及Vensim
建模与模拟技术
1
系统动力学简介
Page 2
理论概述 发展简史 应用领域 基本理论知识 SD结构模型化原理 建模举例
2
理论概述
Page 3
系统动力学(简称SD—system dynamics)的 出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院 (MIT)的福瑞斯特(J．W．Forrester)教授。系统 动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管 理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法， 最初叫工业动态学。
系统为相互作用诸单元的复合体
从系统动力学的观点看，一个系统包含物质，信息和运动（可以包 括人及活动）三部分，系统动力学研究的范围可大可小，其种类可 分为：天然的或人工的；社会的或工程的；经济的或者政治的；心 理学的、医学的或生态的。
7
基本理论知识
2.什么是反馈
Page 8
系统内同一单元或同一子块其输入与输出的关系 称之为“反馈”
系统动力学模拟软件Vensim使用指南资料讲解
系统动力学模拟软件Vensim使用指南严广乐张志刚（上海理工大学管理学院）在目前系统动力学专用的计算机模拟语言软件中，V ensim是界面非常友好的一种模拟工具，它的功能非常强大，可以运行方程数目达数千的大型模型，因此被人们广泛使用，如美国的国家模型等。
一、Vensim软件简介Vensim是美国Ventana Systems公司推出的在Windows操作平台下运行的系统动力学专用软件包，其版本在不断升级，目前最新的版本为V5.0c。
Vensim PLE是Ventana Systems公司提供的个人学习版，可到公司的网站上免费下载试用。
1.1 Vensim软件的主要特点Vensim是一款可视化的模型工具，使用该软件可以对动力学系统模型进行概念化、模拟、分析和优化。
Vensim PLE和PLE Plus是为简化系统动力学的学习而设计的Vensim的标准版本。
Vensim PLE提供了一个非常简单易用的基于因果关系链、状态变量和流图的建模方式。
Vensim用箭头来连接变量，系统变量之间的关系作为因果连接而得到确立，方程编辑器可以帮助方便地建立完整的模拟模型。
通过建立过程、检查因果关系、使用变量以及包含变量的反馈回路，可以分析模型。
当建立起一个可模拟的模型，Vensim可以从全局来研究模型的行为。
Vensim PLE适合于建立规模较小的系统动力学模型，而Vensim PLE Plus功能则更加强大，支持多视图，适合于大型的模型模拟。
Vensim提供了对所建模型的多种分析方法。
Vensim可以对模型进行结构分析和数据集分析，结构分析包括原因数分析、结果树分析和反馈回列表分析，数据集分析包括变量随时间变化的数据值及曲线图分析。
此外，Vensim还可以实现对模型的真实性检验，以判断模型的合理性，从而相应调整模型的参数或结构。
1.2 Vensim PLE的用户界面Vensim PLE的用户界面是标准的Windows应用程序界面。
系统动力学模型课件
系统动力学模型的基本概念
,咔 (
1 贯彻 C
系统动力学模型的基本概念
IR
匆ly navbars work on " fellow 那一天空
系统动力学模型的基本概念
ohist.小时 Institution -ance
系统动力学模型的基本概念
锦
Institution.O沪深 theism by -m G
市场预测
在商业领域，系统动力学模型可以用于预测市场变化，帮助企业制定营销策略 和调整生产计划。例如，预测市场需求、竞争态势、产品生命周期等。
优化决策
资源分配
系统动力学模型可以帮助决策者优化资源分配，提高资源利用效率。例如，在有 限的预算下，合理分配资金、人力、物资等资源，实现效益最大化。
决策支持
系统动力学模型可以为决策者提供决策支持，帮助其分析不同方案的可能影响。 通过模拟不同方案的效果，决策者可以更好地权衡利弊，做出更明智的决策。
详细描述
供应链管理模型通过模拟供应链中供应商、制造商、分销商和零售商等各环节的动态行为，优化供应链的性能， 提高企业的竞争力。该模型可以用于制定采购、生产、物流等方面的策略，降低成本、提高效率。
人口增长模型
总结词
人口增长模型是系统动力学中用于模拟人口增长过程的模型 。
详细描述
人口增长模型通过模拟人口出生率、死亡率、迁移率等动态 因素，预测未来人口数量和结构的变化。该模型可以用于制 定人口政策、资源分配和经济发展等方面的策略，促进人口 与环境的协调发展。
要点二
详细描述
在设定参数与初始条件时，需要依据实际情况和可获取的 数据，为模型中的参数和初始条件进行合理的赋值。这些 参数和初始条件将直接影响模型的模拟结果，因此需要谨 慎选择和验证。
系统建模与仿真-第9章 系统动力学模型与仿真技术
9.4.1 系统描述
对于一个地区的林业系统，这里仅以提高生态 效益指标——森林覆盖率为目标来研究这个系统。 这个地区有大片的宜林荒地、已造林未来成林地及 森林地。这三个量可作为系统流，符合最小集合和 独立性原则。
发展该地区的林业，其目的在于改善该地区 的生态环境，并使其达到期望的森林覆盖率。
系统建模与仿真
系统建模与仿真
பைடு நூலகம்
9.2.3 DYNAMO函数
DYNAMO提供多种类型的函数，以便于构模者建 立方程和调试模型。前面已介绍过表函数TABLE， 延迟函数DELAY与平滑函数SMOOTH，它们具有各自 的特定功能。DYNAMO中余下的函数大体可划分为数 学逻辑和测试函数三类。（详细略）
系统建模与仿真
9. 3 系统动力学仿真主要环节与建模步骤 • 9.2.1系统动力学仿真的主要环节 • 9.2.2 系统动力学建仿真的建模步骤
系统建模与仿真
9.1 系统动力学概述
系统动力学所探讨的问题，至少有两个共同的 特征： （1）它们都是动态的，就是说包含的量具有随时间 而变化的特性。 （2）都具有反馈的特征，使用反馈来提示原因和寻 找解决办法。
系统建模与仿真
9.2 DYNAMO语言 • 9.2.1 DYNAMO语言概述 • 9.2.2 DYNAMO方程 • 9.2.3 DYNAMO函数
ROOM——室温度（℃）； TEA——茶水温度（℃）； CHNG——茶水的温度变化率（℃/分）； CONST——介质传热系数（1/分）。
读者可能会认为本例的速率方程较简单，应用 辅助方程是多余的，此评论言之有理，不过此例目 的仅在于说明如何应用辅乐观方程帮助建立速率方 程，故有意把辅助方程内容的难易、繁简问题先撇 一边。
系统动力学模拟软件Vensim使用指南.
系统动力学模拟软件Vensim使用指南严广乐张志刚（上海理工大学管理学院）在目前系统动力学专用的计算机模拟语言软件中，V ensim是界面非常友好的一种模拟工具，它的功能非常强大，可以运行方程数目达数千的大型模型，因此被人们广泛使用，如美国的国家模型等。
一、Vensim软件简介Vensim是美国Ventana Systems公司推出的在Windows操作平台下运行的系统动力学专用软件包，其版本在不断升级，目前最新的版本为V5.0c。
Vensim PLE是Ventana Systems公司提供的个人学习版，可到公司的网站上免费下载试用。
1.1 Vensim软件的主要特点Vensim是一款可视化的模型工具，使用该软件可以对动力学系统模型进行概念化、模拟、分析和优化。
Vensim PLE和PLE Plus是为简化系统动力学的学习而设计的Vensim的标准版本。
Vensim PLE提供了一个非常简单易用的基于因果关系链、状态变量和流图的建模方式。
Vensim用箭头来连接变量，系统变量之间的关系作为因果连接而得到确立，方程编辑器可以帮助方便地建立完整的模拟模型。
通过建立过程、检查因果关系、使用变量以及包含变量的反馈回路，可以分析模型。
当建立起一个可模拟的模型，Vensim可以从全局来研究模型的行为。
Vensim PLE适合于建立规模较小的系统动力学模型，而Vensim PLE Plus功能则更加强大，支持多视图，适合于大型的模型模拟。
Vensim提供了对所建模型的多种分析方法。
Vensim可以对模型进行结构分析和数据集分析，结构分析包括原因数分析、结果树分析和反馈回列表分析，数据集分析包括变量随时间变化的数据值及曲线图分析。
此外，Vensim还可以实现对模型的真实性检验，以判断模型的合理性，从而相应调整模型的参数或结构。
1.2 Vensim PLE的用户界面Vensim PLE的用户界面是标准的Windows应用程序界面。
系统动力学vensim
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– Custom Graph
36
Custom graphs allow you to customize the content of a graph, to show exactly the variables, runs, and style of graph you want.
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– 字体颜色
13
字体颜色
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– 边框颜色
14
边框颜色
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– 边框样式
系统动力学的建模工具 – VenSim
管理科学与工程学科
系统动力学
2
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– 创建水平变量
3
创建水平变量
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 ––– 结构分析工具 Units Check
29
Units Check - checks model formulas for the consistent use of units of measurement
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
Vensim 运用 –––创建速率变量
4
创建速率变量