系统动力学
系统动力学
具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算 辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
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27
⑷常量方程
简单数来，常量方程就是给常量赋值：
Ci=Ni Ci：常数名称 Ni：常数值
支。
等。
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7
2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。
人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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5
Contents
1 2 3 4 5
系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
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6
2、系统动力学的基本原理
注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。
⑸初值方程
初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。
Li=Mi
Li：初始值名称
Mi：初始的数值
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
政策分析与模型使用
修改模型
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系统动力学九种模型
系统动力学九种模型标题：系统动力学九种模型：一种掌握复杂系统行为的有力工具引言：系统动力学是一门研究动态系统行为的学科，旨在通过模型和模拟来分析和预测系统的行为。
在系统动力学中，有九种常用的模型，它们分别从不同角度和层次探索和描述系统的行为。
本文将深入探讨系统动力学中的九种模型，并分享对这些模型的观点和理解。
第一部分：系统动力学简介与基本概念1.1 系统动力学的定义和应用领域1.2 动态系统和反馈环路的基本概念第二部分：系统动力学九种模型的介绍与分析2.1 流量模型：描述物质或信息在系统中的流动2.2 资源积累模型：描述资源的积累和消耗2.3 优先水平与延迟模型：描述不同的优先级和延迟对系统行为的影响2.4 饱和非线性模型：描述系统在达到饱和点后的行为变化2.5 非线性积分模型：描述系统内部非线性交互对整体行为的影响2.6 动态变化和叠加模型：描述系统多个变量之间的相互作用与叠加效应2.7 时滞模型：描述系统行为中存在的时间滞后和延迟2.8 分层模型：描述系统中的层次结构以及不同层次之间的相互作用2.9 非线性交互模型：描述系统中多个元素之间的非线性相互作用第三部分：系统动力学九种模型的应用案例分析3.1 商业经济领域中的应用案例3.2 环境与能源管理中的应用案例3.3 社会系统中的应用案例3.4 健康医疗领域中的应用案例第四部分：总结与回顾性内容4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾4.2 对应用案例的总结与反思结论：系统动力学九种模型是一种有力的工具，能够揭示系统行为的本质和规律。
通过对这些模型的研究和应用，我们能够更深入地理解和预测复杂系统的行为。
在不同领域的实践中，系统动力学九种模型已经取得了许多成功的应用案例。
然而，我们也要意识到这些模型只是对现实世界的近似和抽象，对复杂系统行为的完整描述还需要我们的不断深入研究和探索。
（2000字）4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾在前面的章节中，我们对系统动力学九种模型进行了详细的介绍。
系统动力学模型
如：
用
表示。
系统动力学的建模步骤
例1：建立“一阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
例2,: 建立“二阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
思考题
• 物流系统的系统动力学模型构建
• 决策变量（又称流率）（r）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应变化快慢的变 量，其具有瞬时性的特征。
——反映单位时间内物质流动或信息流量的增加或 减少的量
——相对量、速度、微积分中的变化率等
决策变量符号表示：
注 意：
(3) 常数：描述系统中不随时间而变化的量，
用
表示。
如：
(4) 辅助变量：从信息源到决策变量之间，起到辅助表达信息反 馈决策作用的变量。
——流图能反映出物质ห้องสมุดไป่ตู้积累值和积累效应变化快慢的区别
2. 流图 :
流图确定反馈回路中变量状态发生变化的机制，明确表 示系统各元素间的数量关系，反映物质链与信息链的区 别，能够反映物质的积累值及积累效应变化快慢的区别。
(1). 物质链与信息链
物质链：系统中流动的实体，连接状态变量 是不使状态值变化的守恒流。
物质链符号表示：要素A→要素B
• 信息链：连接状态和变化率的信息通道，是与因果关系相连 的信息传输线路。
信息链符号表示：A O···→B
（2）状态变量与决策变量
• 状态变量（又称流位）（x）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应的变量，表 征系统的某种属性，有积累或积分过程的量
—— 绝对量、位移、微积分中的积分量等
1. 因果关系图: 2. 因果链：
3. 反馈回路：
综合“因果关系图”：
系统动力学
1.系统动力学基本概念
因果关系图：
表示系统反馈结构的重要工具，因果图包 含多个变量，变量之间由标出因果关系的 箭头所连接。变量是由因果链所联系，因 果链由箭头所表示。
杯中水位 + 斟水速率 + + 决定添水 水位差 + 期望 水位
因果链极性：
每条因果链都具有极性，或者为正(+)或者 为负（-）。
反馈回路的极性：
反馈回路的极性取决于回路中各因果链符 号。回路极性也分为正反馈和负反馈，正 反馈回路的作用是使回路中变量的偏离增 强，负则趋于稳定。
1.系统动力学基本概念
系统动力学模型流图：是指由专用符号组成用以表示因果关
系环中各个变量之间相互关系的图示。专用符号主要如下
1.系统动力学基本概念
状态变量：代表事物(包括物质和非物质的)的积累。其数值大小是表
系统流图
公路货物运输系统流图，如图所示
公路货物运输系统用公路货运量 ( LGLHY) 总人口数 ( LZRK ) 和GDP 作 为每个子系统的状态变量，分别用公路货运量年增长量 ( DHY) 年净增 人口数 ( DRK ) GDP 年增长量 ( DGDP ) 作为速率变量，其他变量均为 辅助变量
Contents
系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学的应用
1 2
3
5
3.系统动力学的应用
系统动力学以一种结构性的视角，通过对各种系统关 系进行精确的定量分析研究解决问题。系统动力学的应用 几乎遍及各类系统，深入到各个领域，例如在区域货运系 统与经济互动关系研究、城市私家车拥有量发展问题、 航空系统客运量预测、 城市物流园区规划中的需求预测、 机动化发展政策对城市发展、城市交通系统的影响以及城 市公交价格组合策略研究等方面都有所应用。 下例是将系统动力学的方法应用于公路货物运输系统， 建立货物运输系统动力学模型，对未来运量预测，并以黑 龙江省公路货物运输相关统计数据对模型进行验证。
系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图，建立相应的数学模型，包括变量、参数、方程 等，描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况，估计模型中的参数值，使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据，验证模型的准确性和有 效性，对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能，支持构建各种类型的系统模型，并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性，支持与其他软件进行集成 和定制开发，满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ，探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行为的学科，它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制，从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件，广泛应用于各个领域，如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能，支持构建复杂的系统模型，并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点，使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
系统动力学的优缺点
系统动力学的优缺点系统动力学是一种重要的系统理论，它基于对系统内情况及其间接性影响的分析，将系统间的复杂关系分析出来，从而识别系统中可能出现的结构uu化问题及其背后的原因，提供解决这些结构问题的实用方法。
因此，系统动力学在定量研究相互关联的系统和复杂系统时具有重要的优点和缺点。
优点第一，系统动力学把系统的表现和有效机制分解为事件、活动、元素、过程、内部机制和内部规则等不同构成单元，明确了它们间联系以及其影响。
这使研究者有更好的把握，更清晰地看到系统间的关系，弄清系统中每个构成部分之后的影响，从而更容易发现和解决与系统相关的问题。
第二，系统动力学把系统的机制分解成简单的各种实体和元素，从而更加容易理解，比如结构、规则、内部机制和过程等各项实体，由此能够把系统中存在的复杂现象拆解成简单的有效机制，从而更加多样化地对系统进行分析。
第三，系统动力学从系统外部引入结构，从而使研究过程更加客观化，而不再受到任何人的干扰，以最近的事例来说，由外部的局限性要求引入的新结构会改变系统的有效性和可行性，使机制运行起来更加完善和有效。
缺点第一，系统动力学只认为系统内部是由一系列因素构成的，而没有考虑系统外部因素对系统运行的影响，比如政策、文化等在系统中的影响，如果不考虑这些因素，就不能准确衡量系统的总体表现。
第二，系统动力学缺乏复杂环境的衡量标准，只认为系统的每一部分是独立的，而实际上，系统的每一部分都是经过环境所共同作用形成的，它依赖于环境的变化，系统的变化也使环境发生变化，而系统动力学没有把环境作为研究的核心，从而浪费了不少有价值的信息资源。
第三，系统动力学并没有解决真实问题的实用方法，系统的变化并不能得到迅速的实施，对系统的改善要求耗费较大精力和时间，同时，由于系统动力学的分析是一个耗时的过程，所以要想得到有效的解决方案，可能就需要多次迭代，而每次迭代都是一个重要的研究过程。
系统动力学
例： 人口子系统的因果关系图
根据实际意义，分析顶点间的关联关系，建立 因果关系。
三、系统动力学流图模型
因果关系图：刻划两个变量的关联关系，解 决了当一个变量增加时，与它成因果关系的变量 是增加还是减少的问题。 但如何建立两个变量的量的关系？
通过绘制流图和写动力学方程统的一种模型， 它有效地解决了这一个问题。
因果关系图
定义：在系统中，若t时刻要素变量vj(t) 随vi(t)而变化，则称vi(t)到vj(t)存在因果链 vi(t)→vj(t), t∈T。 例如：年出生人口v2(t)→人口v1(t)
因果链极性
定义：设存在因果链vi(t)→vj(t), t∈T。 ①若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t)＞0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因果 链为正，记为vi(t)→vj(t), t∈T。 ②若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t) ＜ 0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因 果链为负，记为vi(t)→vj(t), t∈T。
流图提供了新的思想方法
用流位和流率描述系统 任何系统本质量只是两类：
一类是积累变量－－对应积分 一类是积累变量的对应速度变量－－对应微分
分析
因果关系图中的要素必须满足以下两个条件： 1、单位一定要明确。 在经济管理系统中，有时候，一些量的单位不明 确，我们建立因果关系时，就应该设计单位。 如，一些心理学方面的变量可被看作是具有压力 或压强的单位量。有的变量要素可以为无量纲(如比 例等)。 2、因果关系图的要素变量v(t)必须是名词或名词 短语。并对v(t)的Δv(t)(Δv(t)＞0或Δv(t)＜0)有明确的 意义。 只有满足这两条，才能建立起映射F(t)。即确定 各因果链的极性。
系统动力学
1．系统的流
• • • • • 系统动力学主要利用四种流来构成模型 物流 订货流 资金流 信息流
2．水平（积累、状态）level
• 水平(积累)是系统的流的积累。例如， 库存量、存款、人口、资源等都可作为 水平变量。一个水平方程相当于—个容 器，它积累变化的流速率。其流速有输 入流速和输出流速，容器内的水平正是 其输入流速与输出流速的差量的积累。
如何区别水平变量和速率变量？ 如何区别水平变量和速率变量？ • 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然，它们 的量纲不同，水平变量的量纲是某物流或信息流的某种 的量纲不同， 度量“单位” 速率的量纲是“水平变量的单位／ 度量 “ 单位 ” ； 速率的量纲是 “ 水平变量的单位 ／ 时间 单位” 但是，这不是识别它们的原则。 单位 ” 。 但是 ， 这不是识别它们的原则 。 识别它们要靠 它们的本质上的区别。 它们的本质上的区别。 • 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 为零) 水平变量(积累变量)是流的积累， 为零)了。水平变量(积累变量)是流的积累，是过去速率 控制作用结果的积累，是连续存在的， 控制作用结果的积累，是连续存在的，即使没有现时速 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如， 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如，一 个人虽然停止了生长，但他的高度、 个人虽然停止了生长，但他的高度、重量等水平变量并 不会消失。 个工厂的各项活动虽然停止了 个工厂的各项活动虽然停止了， 不会消失。—个工厂的各项活动虽然停止了，但工厂里 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。
系统动力学模型
第10章系统动力学模型系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具，如同物理实验室、化学实验室一样，也被称之为战略研究实验室，自从问世以来，可以说是硕果累累。
1 系统动力学概述2 系统动力学的基础知识3 系统动力学模型第1节系统动力学概述1.1 概念系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。
系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下：1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法；2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统；3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室”；4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算机仿真语言DYNAMIC的支持，如：PD PLUS，VENSIM等的支持；5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系；6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表；系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。
地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。
1.2 发展概况系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特（JAY.W.FORRESTER）提出来的。
目前，风靡全世界，成为社会科学重要实验手段，它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。
系统动力学概述
系统动力学概述
系统动力学（System Dynamics）是一种以反馈控制理论为基础，用于研究复杂动态系统的计算机仿真方法。
它是由麻省理工学院的杰伊·福瑞斯特（Jay Forrester）于1956年提出的，主要用于理解和预测复杂系统的行为。
系统动力学的主要特点是将系统看作是由相互作用的元素组成的整体，这些元素之间的相互作用是通过信息流和物流来实现的。
系统动力学模型通常包括因果关系图、库存流量图和速率变量图等组成部分。
因果关系图是系统动力学模型的基础，它描述了系统中各个元素之间的因果关系。
库存流量图则用来描述系统中的物质或信息的流动情况，而速率变量图则用来描述系统中的变化速度。
系统动力学的主要优点是能够处理非线性、时变和复杂的系统问题，而且模型的建立和求解过程相对简单。
此外，系统动力学还具有很强的直观性和易理解性，因此被广泛应用于经济、社会、生态、工程等领域。
然而，系统动力学也有其局限性。
首先，由于系统动力学模型是基于一定的假设建立的，因此模型的准确性受到假设的影响。
其次，系统动力学模型通常只考虑了系统的主要因素，忽略了一些次要因素，这可能导致模型的预测结果与实际情况有所偏差。
最后，系统动力学模型的求解过程通常需要计算机辅助，这对于
一些没有计算机技术背景的人来说可能是一个挑战。
尽管存在这些局限性，但系统动力学仍然是一种非常有用的工具，它为我们理解和预测复杂系统的行为提供了一种有效的方法。
随着计算机技术的发展和系统动力学理论的进一步完善，我们有理由相信，系统动力学将在未来的科学研究和实践中发挥更大的作用。
系统动力学9种模型
系统动力学9种模型引言系统动力学是一种研究动态系统行为的方法论，它通过构建系统模型来分析系统的各种因果关系和变化规律。
在系统动力学中，有9种基本模型被广泛应用于各种领域的问题分析和解决。
本文将对这9种模型进行全面、详细、完整且深入地探讨。
1. 积累模型积累模型是系统动力学中最基本的模型之一，它描述了一个变量或者一组变量的积累过程。
例如，当我们考虑人口增长的问题时，可以使用积累模型来描述人口数量随时间的变化。
积累模型通常使用微分方程表示。
1.1. 特点 - 变量之间存在流入和流出的关系； - 变量之间的积累是连续的； - 流入量和流出量可以是恒定的或者变化的。
1.2. 应用示例积累模型在生态学、经济学、工程管理等领域得到了广泛的应用。
例如，在生态学中，可以使用积累模型来研究物种数量的变化；在经济学中，可以使用积累模型来研究货币的流通和储蓄；在工程管理中，可以使用积累模型来研究项目进展和资源分配。
1.3. 示例方程dP/dt = b*P - d*P其中，P表示人口数量，t表示时间，b表示出生率，d表示死亡率。
2. 流动模型流动模型描述了一个变量或者一组变量之间的流动过程。
它通常用来研究物质、能量、信息等在系统中的传递和传播。
例如，在物流管理中，可以使用流动模型来研究物料的流动和分配。
2.1. 特点 - 变量之间存在流动的关系； - 流动可以是单向的或者双向的； -流动可以是连续的或者离散的。
2.2. 应用示例流动模型在供应链管理、信息传输、能量传递等领域具有广泛的应用。
例如，在供应链管理中，可以使用流动模型来优化物料的流动和库存的控制；在信息传输中，可以使用流动模型来研究信息的传播和处理；在能量传递中，可以使用流动模型来分析能量的转化和利用。
2.3. 示例方程dQ/dt = f - k*Q其中，Q表示物料的数量，t表示时间，f表示流入量，k表示流失率。
3. 动力平衡模型动力平衡模型描述了一个变量或者一组变量在达到平衡状态时的行为。
系统动力学原理
精心整理5.1系统动力学理论5.1.1系统动力学的概念系统动力学（简称SD—SystemDynamics），是由美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特（J.W．Forrester）教授创造的，一门以控制论、信息论、决策论等有关理论为理论基础，以计算机仿真技术为手段，定量研究非线性、高阶次、多重反馈复杂系统的学科。
它也是一门认识系统问题并解决系统问题的综合交叉学科[1-3]。
从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。
它基于系统论，会科学的横向学科。
系统动力学对问题的理解，系，系统动力学称之为结构。
相结合，还能够从区域系统内部和结构入手，5.1.2系统动力学的特点的学科，它具有如下特点[4-8]：（1随着调整系统中的控制因素，可以实时观测系并且建立各个子系统之间的因果关系网（2它的行为模式与特性主要由系统内部的动态结构和反馈机制所决定，不受外界因素干扰。
系统中所包含的变量是随时间变化的，因此运用该模型可以模拟长期性和周期性系统问题。
（3）系统动力学模型是一种结构模型，不需要提供特别精确的参数，着重于系统结构和动态行为的研究。
它处理问题的方法是定性与定量结合统一，分析、综合与推理的方法。
以定性分析为先导，尽可能采用“白化”技术，然后再以定量分析为支持，把不良结构尽可能相对地“良化”，两者相辅相成，和谐统一，逐步深化。
（4）系统动力学模型针对高阶次、非线性、时变性系统问题的求解不是采用传统的降阶方法，而是采用数字模拟技术，因此系统动力学可在宏观与微观层次上对复杂的多层次、多部门的大系统进行综合研究。
（5）系统动力学的建模过程便于实现建模人员、决策人员和专家群众的三结合，便于运用各种数据、资料、人们的经验与知识、也便于汲取、融汇其他系统学科与其他科学的精髓。
5.1.3系统动力学的结构模式[9-10]系统动力学对系统问题的研究，是基于系统内在行为模式、与结构间紧密的依赖关系，通过建立数学模型，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系。
系统动力学的9种模型解析
系统动力学的9种模型解析标题：系统动力学的9种模型解析引言：系统动力学是一种研究动态复杂系统行为的数学方法，广泛应用于经济学、生态学、管理学等领域。
本文将深入探讨系统动力学的9种常见模型，并分析其理论基础和应用领域。
通过对这些模型的解析，旨在帮助读者更深入地理解系统动力学及其在实践中的作用。
第一部分：系统动力学概述在介绍具体的模型之前，有必要先了解系统动力学的基本概念和原理。
系统动力学着重于分析系统内部各个组成部分之间的相互关系，通过建立微分方程等数学模型来描述系统的演化过程。
这一方法注重动态演化和非线性特性，在解决复杂问题时具有独特的优势。
第二部分：9种系统动力学模型1. 常微分方程模型：系统动力学的基础，用于描述动态系统的变化过程。
2. 资源流模型：关注系统内资源的流动和变化，适用于生态学、能源管理等领域的研究。
3. 增长模型：研究系统中因子的增长和衰减，可应用于经济学、人口学等领域。
4. 循环模型：探讨系统中的循环过程，如经济周期的波动，可应用于宏观经济研究。
5. 积聚模型：研究系统中积聚和堆积的过程，如资本积累，适用于经济学和企业管理等领域。
6. 信息流模型：研究系统中信息传递和决策的影响，可用于管理学和组织行为学的研究。
7. 优化模型：优化系统中某些指标的值，如最大化效益或最小化成本，适用于运筹学等领域。
8. 非线性模型：考虑系统中的非线性效应，如混沌和复杂性的产生，广泛应用于自然科学和社会科学。
9. 策略模型：研究系统中不同决策对结果的影响，适用于战略管理和政策制定等领域。
第三部分：系统动力学的理论与实践系统动力学的理论基础包括建模、仿真和分析等方法。
通过系统动力学模型，我们可以深入研究系统的行为、寻找潜在问题，并基于模型结果做出合理的决策。
在实践中，系统动力学可应用于企业管理、政策制定、环境保护等领域，为问题解决提供了一种全面和系统的方法。
第四部分：总结与回顾通过对系统动力学的9种模型的解析，我们可以看到系统动力学对于复杂问题的分析和理解具有重要意义。
系统动力学
研究系统内部结构 建立仿真模型
因果关系的逻辑分析
仿真展示系统宏观行为
寻找解决问题的正确路径
系统动力学要探讨问题的特征
一.动态 系统动力学的问题是动态的问题，这些问题通常是随时间 连续的变化的量来表示。 例：就业时间发生振荡，城市税减少，人口膨胀，资源衰 退等。 二. 反馈 系统动力学使用反馈来揭示原因和寻找解决办法，SD认为 各类系统，如经济系统，社会系统，管理系统等，都是反 馈系统，这一点对于SD方法的理解是至关重要的。
DYNAMO函数
延迟函数DELAY
平滑函数SMOOTH 数学函数（sin（x），cos（x）等） 逻辑函数（MAX；MIN;SWITCH等） 测试函数（STEP阶跃函数，RAMP斜坡函数 等）
以订货率ORDRS为例，流率方程如下：
R
A A
ORDRS.KL=AVSHIP.K+INVADJ.K
AVSHIP.K=SMOOTH(SHIP.JK,TAS) INVADJ.K=(DSINV-INV.K)/IAT
二.系统动力学的应用
早期（20世纪50年代）
最早应用在工业管理中，称为工业动力学。 后来逐步应用于城市综合研究，形成了城市 动力学模型。
发展（20世纪70年代） 应用于全球人口，资源，粮食，环境等方面 的未来和发展研究，提出了著名的世界动力 学模型。
鼎盛时期（20世纪70—80年代）
社会
经济 环境 军事 国防 工程领域
3.流图
4.速率与状态变量关系图
系统动力学仿真模型中，三个主要的组成部 分： 系统状态（或水平） 流的速率（或决策） 反馈信息
1.因果关系图 容器中水位是LA，水从阀门流出，流率为 RA。它是水位的La函数，也可由决策者来 控制，可表示为： RA=LA/PA
系统动力学模型
②因果反馈环 因果反馈环是指由多个要素组成的因果链首尾相 连形成的封闭形环。在该环上的要素，无法确定谁是 起始原因，谁是终止结果。
+ + 产 量 + 投 资 价 格 —
产 量
因果反馈环可分为正反馈和负反馈。把反馈环上某一 要素作为起始原因，经反馈环后又是其本身的结果， 这样形成一个因果链，该链为正（负）时，反馈环为 正（负）反馈。
二、系统动力学模型
系统动力学模型包括两部分内容
①定性模型——反映系统各组成部分关系的流图
②定量模型——由流图抽象出的反映系统动态过程的方
程式
1、系统流图
系统流图是在系统因果关系图的基础上绘制的。
系统动力学认为系统是一个信息反馈系统，把改信息
反馈系统的所有组成部分及其关系、各组成部分的状
态以及对系统状态的控制用符号和方法进行描述所得
②系统动态学规定
当前时刻以k表示，若模拟时间间隔为DT，则K时 刻的前一个DT时刻为J，后一个DT时刻为L，这样， JK则表示K的前一时间间隔，KL表示K的后一时间间隔。 ③系统动力学中的基本方程式 i）积累方程式（L方程式） L X.K=X.J+DT×(R1.JK-R2.JK)
ⅱ）流速方程式（R方程式），它描述积累方程中的 流在单位时间内流入和流出的量。
该系统模拟的结果如下
库存系统模拟数据表 模拟步长/周 0 1 2 3 4 …… 6000 数 量 件 X/件 1000 2000 2800 3440 3952 „„ R1/(件/周) 1000 800 640 512 409 „ D/件 5000 4000 3200 2560 2048 „„
1000 库存量模拟结果曲线
系统动力学
系统动力学什么是系统动力学系统动力学是一种研究动态变化和相互关系的分析方法和工具。
它以系统论、控制论和数学模型为理论基础，通过建立数学模型来描述和分析系统中的各个组成部分之间的相互作用和变化规律，以便预测和控制系统的行为。
系统动力学主要强调系统中各个组成部分之间的相互关系和相互作用，而不是关注系统中各个组成部分的独立行为。
它关注系统中的变量（在数学模型中以方程的形式表示）以及变量之间的关系。
通过分析这些变量和关系，系统动力学能够揭示系统中的动态行为、变化规律和逻辑。
系统动力学的基本概念系统系统是由一组有关联的元素或部分组成的整体。
系统可以是物理系统（如机械系统、电子系统等），也可以是社会系统（如经济系统、生态系统等）或抽象系统（如数学模型等）。
系统动力学主要研究非线性动态系统。
变量变量是系统中可观测或可测量的特征或属性。
变量可以是状态变量（表示系统的状态）或流变量（表示系统的变化率）。
通常使用符号来表示变量，并通过数学模型来描述变量的变化规律。
关系关系描述了系统中变量之间的相互作用和影响。
在系统动力学中，关系可以用数学方程的形式表示。
这些方程的形式可以是线性的（如 y = kx）也可以是非线性的（如 y = kx^2）。
反馈反馈是指系统中输出的一部分又被输送回系统中的过程。
反馈可以是正向的（积极增强系统的行为）或负向的（制约或抑制系统的行为）。
系统动力学通过分析系统中的反馈机制来理解系统的稳定性和变化过程。
系统动力学的应用经济系统系统动力学在经济学中的应用非常广泛。
它可以用来模拟和分析经济系统中的各个变量（如消费、投资、通货膨胀等）之间的相互作用和影响，以便预测和控制经济系统的行为。
系统动力学也可以用来研究经济系统中的非线性动态行为（如经济危机的发生和传播）。
生态系统生态系统是一个复杂的系统，涉及到生物、环境和资源等多个方面。
系统动力学可以用来研究生态系统中的物种相互作用、物种数量变化、环境变化等问题。
系统动力学课件与案例分析系统仿真PPT
系统动力学的发展历程
20世纪60年代
系统动力学开始应用于城市规划、环境科 学、交通工程等领域。
A 20世纪50年代
美国麻省理工学院的福瑞斯特教授 创立了系统动力学，最初应用于企
业管理领域。
系统动力学课件与案例分析系统仿 真
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学模型 • 系统仿真 • 案例分析 • 结论与展望
01 系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行 为的学科，它通过建立动态模型来模 拟系统的行为和性能，并利用这些模 型进行系统分析和优化。
预测与优化
系统动力学和系统仿真能够预测 系统的未来状态，并通过优化模 型参数和结构来改善系统性能， 提高资源利用效率和系统运行效 果。
系统动力学与系统仿真的未来发展
智能化技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，系统动力学和系统仿真将进一步智能化，能够自动学习和优化模型参数，提高 模拟的准确性和效率。
详细描述
系统方程式通常采用微分方程或差分方程的形式，描述系统中各变量之间的动态 变化关系。通过建立系统方程式，可以模拟系统的动态行为，并预测未来系统的 状态变化。
03 系统仿真
系统仿真的定义与目的
定义
系统仿真是一种通过建立数学模型和计算机程序来模拟真实系统行为的方法。
目的
系统仿真的目的是为了理解系统的动态行为，预测系统未来的发展趋势，优化系统性能，以及解决复杂系统的问 题。
因果关系图
总结词
因果关系图是系统动力学模型中的另一种可视化工具，用于描述系统中各变量 之间的因果关系。
系统工程学 第5讲系统动力学
公司对新员工 的吸引力
+ 招聘成功
+
论资排辈导致 发展受阻的压力 + 明星位置总数 +
年轻人才渴望 明星位置的压力
+
明星位置空缺数量 现在明星数量
4、讨论
毕业在即，同学们都在积极的寻找中意的单位 ，由于背负着上学期间的贷款，大家都希望能把自 己卖个好价钱。 但现实是企业认为刚毕业的学生没有实际工作 经验，要花精力培养，而且培养后的人才很可能迅 速流失，因此企业不愿意给一个高价钱。 试用系统动力学的方法对上述问题进行分析， 并尝试给出决策方案。
赋初值方程（N方程） N
2、一阶正反馈回路
人 口 数 P （+） 年人口 增 加 PR PR P
。
+
。
C1（人口年自然增长率0.02） p
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100
R PR•KL=C1*P•K
C C1=0.02
0 1 2 ┆
P 100 102 104.04 ┆
PR 2 2.04 2.0808 ┆
-
死亡 人口
（平均）死亡率
因果关系图和流图 （4）
+ 组织改善
组织绩效
组织缺陷
（ ）
-
+
因果关系图和流图 （4）
+ 组织改善
组织绩效
组织缺陷
（ ）
-
+
多重反馈
＋
人口 总数
＋
－
＋
－
出生 人数
＋
死亡 人数
2 流图--流图符号
（1）常用要素 流 速率 水平变量 源与汇 参数
系统动力学讲稿1
正反馈系统举例
工资—物价反馈回路 工资 物价反馈回路
人口的自然增长过程
正反馈使自身的运动不断加强。
负反馈系统举例
钟摆系统反馈回路
电毯系统负反馈回路
负反馈能自动寻求给定的目标。
复杂的反馈系统
一阶反馈回路是构成系统的基本结构。 复杂系统则是由这些相互作用的反馈回路组成的。 研究系统问题的目的之一：了解与掌握反馈系统的特性。 简单的与复杂的反馈系统：结构特征、行为模式、决策分析 对于反馈结构复杂的实际系统与问题，其随时间变化的特性与其内部 结构的关系的分析不得不求助于定量模型和计算机模拟技术。
正（负）反馈系统
按照反馈过程的特点，反馈划分为正反馈和负反馈两种。 特点： 自身运动的加强过程，在此过程中运动或动作所引起 正反馈能产生自身运动的加强过程 自身运动的加强过程 的后果将回授，使原来的趋势得到加强。 负反馈能自动寻求给定的目标 自动寻求给定的目标，未达到(或者未趋近)目标时将不断 自动寻求给定的目标 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)。
建模——学习系统动力学的一个重要目的。 建模
反馈
什么是反馈？ 什么是反馈？ 反馈是指系统输出与来自外部环境的输入的关系。 “输入”指相对于单元、子块或系统的外部环境施加于它们本身的作 用。“输出”则为系统状态中能从外部直接测量的部分。 换言之，反馈就是信息的传输与回授。
我们周围的反馈现象比比皆是。 如：空调设备
大的如 小的如 更小的如 天体运行系统，社会一经济一生态系统，世界能源系统 城市系统，企业经营管理系统 动物的心脏、肺和血液循环的供氧生理系统等。
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源与汇
参数
6.2 系统动力学原理
（2）流图符号
实物流
①
流
信息流 R1 R1
②
速率变量 L1
③ ④
水准变量 辅助变量 (
。 )
A1
。
6.2 系统动力学原理
（3）流图绘制程序和方法
① 明确问题及其构成要素； ② 绘制要素间相互作用关系的因果关系 图。注意一定要形成回路； ③ 确定变量类型（ L 变量、 R 变量和 A 变 量）。将要素转化为变量，是建模的关键一步。 在此，应考虑以下几个具体原则：
常量方程 （C方程）
C
C1=数值
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
2、一阶正反馈回路
PR 人 口 数 P （+）
年人口 增 加
PR
P
。
+
C1（人口年自然增长率0.02） p PR 2 2.04 2.0808 ┆
。
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100 R PR•KL=C1*R•K C C1=0.02 0 1 2 ┆
（3）SD将社会系统当作非线性(多重)信息反 馈系统来研究
6.2 系统动力学原理
3、工作程序
认识 问题 界定 系统
要素及其因 果关系分析
建立结 构模型
建立数 学模型
仿真 分析
比较与 评价
政策 分析
（流图）（DYNAMOY方程）
6.2 系统动力学原理
4、系统动力学模型
（1）常用要素
流 速率 水平变量
P 100 102 104.04 ┆
100 0
一阶正反馈（简单 人口问题）系统输 出特性曲线
3、一级负反馈回路
+ 订货 量 R1 (—) I 库存量 — 库存 差额 D 期望库存Y
1000
R1
+
。
Z 。 。 D （订货调整时间，5）
I
。 Y（6000）
L I•K=I•J+DT*R1•JK N I=1000 R R1•KL=DK/Z A D•K=Y-I•K C Z=5 0 1 2 ┆
6.2 系统动力学原理
a. 水准（L）变量是积累变量，可定义在任 何时点；而速率（R)变量只在一个时段才有 意义。 b. 决策者最为关注和需要输出的要素一般 被处理成L变量。 c. 在反馈控制回路中，两个L变量或两个 R变量不能直接相连 。 d. 为降低系统的阶次，应尽可能减少回路 中L变量的个数。故在实际系统描述中，辅 助（A）变量在数量上一般是较多的。 ④ 绘制SD流图。
Principles of Systems, 1968
Urban Dynamics (UD), 1969
World Dynamics (WD), 1971 SD, 1972
6.2 系统动力学原理
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
—
库存 差额 。 + Z（5）
R1 G 。
R2 。 W（10） D 。 Y（6000）
途中存货量
G
。
L G•K=G•J+DT*(R1•KL-R2•JK)
I
L I•K=I•J+DT•R2•JK
R R1•KL=D/Z A D=Y-I•K 6000
C Y=6000
C W=10,Z=5 C I=1000 1000 二阶负反馈系统输出特性曲线
I 1000 2000 2800 ┆
D 5000 4000 3200 ┆
R1 1000 800 640 ┆
I
1000 0 一阶负反馈（简单 库存控制）系统输 出特性曲线 t
C Y=6000
4、简单库存控制系统的扩展
10000
库存量
R2 入库量 + （—）— + （—） 订货量 R1
I
1000
I 。
t
C G=10000
Step Ramp Pulse Sin Noise 订货率
。 测试 函数
。
正常销售 （发货）率 。
DELAY
交 （到 ）货 率
库存量
。
。
销售（发货）率
。 。
MAX
。
T2
。
T3
。 库存
差额
SMOOTH
。 库存
期望
平均销 售（发 货）率
。
6.2 系统动力学原理
5、举例
R1（利息1）
L1 R1(订货量) 库存量 I
（库存差额） C1(利率) D Y(期望库存)
(出生人口) (人口总量) (死亡人口) R1 R2 P
C1（出生率）
C2（死亡率）
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
1、基本DYNAMO方程( DYNAmic Model)
系统动力学
系统动力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。
6.2 系统动力学原理
1、由来与发展
Systems Dynamics, SD/ J.W. Forrester(MIT)
Industridl Dynamics (ID), 1959
水准方程（L方程） L L1· K=L1· J+DT*(RI· JK-RO· JK)
速率方程（R方程）
辅助方程（ A方程） R1· JK, …)
R
R1·KL=f ( L1·K,A1·K,…)
A A1· K=g(L1· K,A2· K, L1=L10 L10=数值
赋初值方程（N方程） N
L1=数值 或