第8章 物流系统动力学模型

第一节
系统动力学概述
三、系统动力学的基本原理
（二）系统动力学的工作原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8－1 系统动力学工作原理
第一节 三、系统动力学的基本原理 （三）系统动力学建模步骤
系统动力学概述
明确目的
确定系统边界
因果关系分析 建立系统动力学模型 仿真试验 结果分析 模型修改
第二节
系统动力学建模
一、建模目的与系统边界 二、因果关系分析
结构 分析 数据集 分析
分析工具
如Cause tree用树状图形的形式表 示出所有工作变量之间的因果关系 如Cause tree用树状图形的形式表 示出所有工作变量之间的因果关系
第三节
Vensim软件及物流系统动力学建模
一、Vensim软件 （二）Vensim操作界面
第三节
Vensim软件及物流系统动力学建模
第二节 二、因果关系分析 （二）因果链
系统动力学建模
因果链是用因果箭来描述的递推性的因果关系。
负因果链：含有奇数个负因果箭的因果链，如图( b )所示 正因果链：含有偶数个负因果箭的因果链，如图( c )所示
第二节 二、因果关系分析
系统动力学建模
（三）因果关系的反馈回路
当因果链中“原因”引起“结果”，“结果”又引起 “结果的结果”，最终又作用于最初的“原因”，形成一个 封闭的回路，则称为因果关系的反馈回路或因果反馈回路、 因果反馈环。
（三） Vensim 绘图工具 说明
第三节 （四）Vensim建模
Vensim软件及物流系统动力学建模
1.绘制因果关系图
1)启动Vensim，点击菜单栏“File”－“New Model”，显示“Model Settings Time Bounds”对话窗口，点击“OK”按钮即可显示空白窗口， 接下来可以开始绘制因果循环图。
第二节 二、因果关系分析
系统动力学建模
因果关系分析起着指明系统的变量间因果关系、 作用方向和说明系统的反馈回路的作用。
“如果……那么就……”
第二节 二、因果关系分析 （一）因果箭
系统动力学建模
一般系统内变量间的因果关系用箭头图表示，一个箭头 连接两个有因果关系的相关变量，称之为因果箭。因果箭的 箭尾始于原因要素，箭头指向结果要素。
【例8－1】进行存款活动时，存款与利息的因果关 系反馈回路可表示为：
可用流程图描述以上因果关系反馈回路为：
其中： 存款为状态变量 利息为流率变量 利率为辅助变量
第二节 三、系统动力学模型 （二）系统动力学方程 1.状态变量方程 L
系统动力学建模
LEVEL.K=LEVEL.J+DT*(INFLOW.JK-OUTFOLW.JK)
三、系统动力学的基本原理
第一节
系统动力学概述
系统动力学（Systems Dynamics，SD）是美 国麻省理工学院（MIT）的弗雷斯特（J. W. Forrester）教授于1956年提出的一种以反馈控 制理论为基础，以计算机仿真技术为辅助手段的 计算机仿真模型，当时主要是针对企业管理问题 进行系统分析。
第一节
系统动力学概述
一、系统动力学的研究对象和应用范围
系统动力学的研究对象从开始的工商企业 扩展到整个社会、经济系统。
这些系统具有一些共同的特点：需要进行比 较、选择或优化决策的系统，尤其是大规模复杂 系统；具有自律性和由于系统中所存在的因果关 系而形成反馈机制的系统；原因和结果相互作用 具有多样性和复杂性，因而导致非线性多重反馈 结构的系统。
第三节 （四）Vensim建模
Vensim软件及物流系统动力学建模
1.绘制因果关系图
5)点击绘图栏“Arrow”工具，单击变量“利息”，再移动鼠标单击变 量“存款”，则显示有直线箭头指针从“利息”指向“存款”； 接着 点击绘图栏的“Move/Size Words and Arrows”工具，拖曳直线箭头指 针的小圆圈将直线箭头变为弧形。重复上述步骤可建立弧线箭头指针 由“存款”指向“利息”。 6)点击绘图栏“Move/Size Words and Arrows”工具，将鼠标移至某个 箭头中间的小圆圈上按右键，在出现的对话框中勾选“Polarity”下面 的“＋”号，即可为该箭头添加“＋”号。重复上述步骤为另一箭头 添加“＋”号。
负反馈回路：含有奇数个负因果箭的反馈回路 正反馈回路：含有偶数个负因果箭的反馈回路
第二节 二、因果关系分析
系统动力学建模
（四）多重因果反馈回路
同一系统中存在的两个或两个以上的反馈回路称为多 重反馈回路
第二节 三、系统动力学模型
系统动力学建模
（一）流程图（Flow Diagram）
状态变量
系统动力学概述
（一）系统动力学基于系统论，强调系统行为主要是由系统内部 机制决定的，能对系统内部因素及系统内外因素的相互关系予以 明确的认识和体现。 （二）系统动力学强调系统、联系、运动、发展的观点，能对系 统的动态发展及其趋势进行考察。
（三）系统动力学以计算机仿真为辅助手段，擅长处理高阶、非 线性的问题。
第一节
系统动力学概述
一、系统动力学的研究对象和应用范围（续）
系统动力学的应用范围从科研、设计到城市 规划，从人口问题到世界资源危机，从民用到军 用，涵盖了企业系统管理、环境保护、城市发展 与规划，国家和地方经济社会发展预测和系统研 究、宏观经济控制以及各种技术项目的开发等各 方面。
第一节 二、系统动力学的特点
第二节 一、建模目的与系统边界 （二）系统边界
系统动力学建模
正确地划出系统的边界需要将系统中的反馈回路 看作是闭合的回路，在定性分析的基础上辅以定量分 析，把那些与建模目的关系密切和相对重要的因素都 纳入系统的边界。在建模的过程中，需要不断检验系 统边界的充分性。并当系统边界确定后，还应考虑当 边界扩大（或缩小）后，原定的策略还是否有效。
5.赋值方程 LEVEL N
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
第三节
Vensim软件及物流系统动力学建模
一、Vensim软件 二、物流系统动力学概述 三、一阶负反馈回路 四、二阶负反馈回路
第三节
Vensim软件及物流系统动力学建模
•
决策变量
Text Text
•
也称为流位 变量，是描 述系统积累 效应的变量
Text
也称为流率 变量、速率 ，是描述系 统积累效应 的变化快慢 的变量
第二节 三、系统动力学模型
系统动力学建模
（一）流程图（Flow Diagram）
3.流程图常用符号
流
流位
流率
源与汇
参数
辅助变量
第二节
系统动力学建模
三、系统动力学模型
第二节 一、建模目的与系统边界 （一）建模目的
系统动力学建模
检验理论 更重要的是通过认识系统内部反馈结构与动态 行为，来进行改善系统行为的决策
1.目的是用结果而不是行为来描述的。
2.目标应是可以达到的。 3.建模过程尽可能地允许用户参与。
4.目标需要是可以度量和量化的。
5.考虑到模型改进的可能性。
第8章 物流系统动力学模型
本章学习目标

掌握系统动力学的基本原理 ；
掌握系统动力学模型方法； 掌握Vensim软件及物流系统动力学建模； 了解系统动力学的研究对象和应用范围；
了解因果关系分析方法；
了解系统模型流程图的画法。
第一节
系统动力学概述
一、系统动力学的研究对象和应用范围 二、系统动力学的特点
第三节 （四）Vensim建模
Vensim软件及物流系统动力学建模
1.绘制因果关系图
7)选中绘图栏中的“Sketch Comment”工具，然后点击绘图窗中正反馈 回路内一点，在显示的批注说明对话窗口内，选择“Shape”下的 “Loop Clkwse”(顺时针)，及“Graphics”－“Image”右侧下拉菜单中 的“＋”，最后点击“OK” 键。即可在改该反馈回路中添加正反馈回 路的图形。
8)点击菜单栏的“File”－“save”保存所完成的因果关系图。
第三节 （四）Vensim建模
Vensim软件及物流系统动力学建模
2.绘制流程图及建立方程式
1)新建一个模型，在“Time Bounds for Mode”对话窗口中设置“TIME STEP”为0.25，“Units for Time”为“Year”，然后点击“OK”。 2) 绘制状态变量“存款”：点击绘图栏“Box Variable – Level” 工具，在窗口内任意处单击，出现编辑框，键入“存款”，再按 Enter。 3)绘制流率变量：点击绘图栏“Rate”工具，在状态变量的左方适当 位置点击，则显示“源”，移动鼠标至“存款”处点击，出现编辑 框，键入“利息”，再按Enter。如图8-14所示。 4) 点击绘图栏“Variable – Auxiliary/Constant”工具，在空白处 键入变量“利率”。
2.流率方程
R
RATE.KL f LEVEL.K, AUX.K, CON.K,
3.辅助方程 A
AUX.K g AUX.K, LEVEL.K, RATE.JK, CON.K,
第二节 三、系统动力学模型 （二）系统动力学方程 4.常量方程 C
CON
系统动力学建模
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。
（四）系统动力学的模型结构是基于反馈环的，能明确认识和体 现系统内所隐含的反馈回路，使系统行为模式对很多参数不敏感， 从而克服缺乏数据或参数估计不足带来的困难。
第一节
系统动力学概述
二、系统动力学的特点（续）