系统工程学 第5讲系统动力学
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系统动力学课程PPT共五章全
2．3 计算机模拟是系统动力学模拟的基本工具
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
17
第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
38
t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
39
动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
27
（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
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第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
38
t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
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动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
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（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
系统动力学.ppt
0
0
15
30 45 Time (Month)
60
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
一阶反馈系统的复杂性 –– 新假设
buy rate 6 4.5
14
3
1.5
0 1 19 37 55 Buyers (person) 73 91
• 左半段曲线的斜率为正，表明两个反馈环中正反馈环起主导作用 • 左半段曲线的斜率随着水平变量Buyers的增加而递减至零，意味着正反馈环的 力量逐渐削弱，水平变量Buyers的行为呈亚指数增长的特性，购买率buy rate则 随着Buyers的增长而增至其最大值 • 右半段曲线的斜率为负，且其绝对值随着水平变量Buyers的增加由零逐渐递增 的，表明负反馈环不仅起了主导作用，而且其力量在不断加强， • 水平变量Buyers的行为呈超渐近增长的特性，购买率buy rate则随着Buyers的增 长由最大值逐渐衰减至零
19
指数增长行为
渐近衰减行为
恒值行为
恒值行为
指数崩溃行为
渐近增长行为
一阶线性正反馈系统 可能有的三种行为模式
一阶线性负反馈系统 可能有的三种行为模式
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
非线性与主导反馈环的转移
20
• 复杂系统内部存在相互作用的或正或负的多重反馈环。 • 所谓主导反馈环就是在多重反馈环中起主导作用的反馈环。 • 当系统行为表现出指数增长(或指数崩溃)特性时，可以推断系统中必定 存在正反馈环，并且正起着主导作用。 • 当系统行为表现出寻找目标特性时，则可以推断系统中必定存在负反馈 环，并且正起着主导作用。 • 系统行为是由多重反馈环相互作用共同产生的，其行为模式主要由主导 反馈环决定。 • 主导反馈环并非是固定不变的，它(们)往往随着系统状态的变化而在各 反馈环中转移，由此产生了多种多样的复杂的系统行为。 • 实际系统几乎都具有非线性的特征。非线性关系是导致主导反馈环极性 转移的根本原因。 • 不仅要研究正反馈环或负反馈环的作用，而且要研究主导反馈环转移的 作用。 • S型增长是主导反馈环由正反馈环向负反馈环转移的实例。
系统动力学ppt课件
速率变量：又称变化率，随着时间的推移，使水平变量的 值增加或减少。速率变量表示某个水平变量变化的快慢。
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17
3、 基本概念
水平变量和速率变量的符号标识：
水平变量用矩形表示，具体符号中应包括有描述输入与输 出流速率的流线、变量名称等。
速率变量用阀门符号表示，应包括变量名称、速率变量控 制的流的流线和其所依赖的信息输入量。
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
边界优化是指系统边界及边界条件发生变化时引起系统结 构变化来获得较优的系统行为。
系统动力学就是通过计算机仿真技术来对系统结构进行 仿真，寻找系统的较优结构，以求得较优的系统行为。
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10
2.系统动力学的原理
系统动力学把系统的行为模式看成是由系统内部的信息反 馈机制决定的。通过建立系统动力学模型，利用 DYNAMO仿真语言和Vensim软件在计算机上实现对真实 系统的仿真，可以研究系统的结构、功能和行为之间的动 态关系，以便寻求较优的系统结构和功能。
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28
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29
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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30
4、系统动力学建模流程
任务调研 问题定义 划定界限
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17
3、 基本概念
水平变量和速率变量的符号标识：
水平变量用矩形表示，具体符号中应包括有描述输入与输 出流速率的流线、变量名称等。
速率变量用阀门符号表示，应包括变量名称、速率变量控 制的流的流线和其所依赖的信息输入量。
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
边界优化是指系统边界及边界条件发生变化时引起系统结 构变化来获得较优的系统行为。
系统动力学就是通过计算机仿真技术来对系统结构进行 仿真，寻找系统的较优结构，以求得较优的系统行为。
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2.系统动力学的原理
系统动力学把系统的行为模式看成是由系统内部的信息反 馈机制决定的。通过建立系统动力学模型，利用 DYNAMO仿真语言和Vensim软件在计算机上实现对真实 系统的仿真，可以研究系统的结构、功能和行为之间的动 态关系，以便寻求较优的系统结构和功能。
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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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4、系统动力学建模流程
任务调研 问题定义 划定界限
[管理学]系统工程第四章
![[管理学]系统工程第四章](https://img.taocdn.com/s3/m/a5a0653afc4ffe473368abf4.png)
2019/1/30
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2）速率变量( R )
速率变量的流图符号下一个阀门。是单位时间内状态变量 的改变量。速率变量控制着状态变量的变化，表示某个状 态变量变化的快慢。
d ( LEV ) IR OR dt
由于速率变量是一个行动变量，因此，当行动停止下来， 速率变量的作用也就终止或消失。
2019/1/30 29
SD, 1972
2019/1/30
5
[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。
2019/1/30
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“学习型组织”理论
“学习型组织”理论强调创新，它分析了传统思维方式的 一些弊端(如局限思考、归罪于外……等)后，提出培养能 看出产生问题背后的结构(所谓结构是指系统内部诸要素 之间、系统要素与系统整体之间的相互联系、相互作用)， 并采取能从根本上解决问题的根本解或杠杆解(所谓杠杆 解是以较小的代价获取较大回报的解，即“四两拨千斤” 的效果)的能力。它开辟了一条从根本上解决问题的新路。 “学习型组织”的“学习”“并非指获取知识，而是培养 如何实现生命中真正想要达成的结果的能力”。
负向因果链 A B
表示原因A的增加引起结果B的减少。
多个因果链以同向封闭的形式连接起来就组成的因果关 系回路，回路的极性取决于组成回路的各因果链中负向因果 链的个数。
系统动力学的基本理论【共25张PPT】
思：一是指组成系统的各单元。二是指各单元间的作用与相互关系
。系统的结构标志着系统构成的特征。
• 系统的结构包含下述体系与层次：
（1）系统S范围的界限；
（2）子系统或子结构Si(i＝1，2，………p)；
（3）系统的基本单元，反馈回路的结构Ei（j＝1,2,………m ）；
（4）反馈回路的组成与从属成分：状态变量、速率变量、辅助变量 等。
统的内部。
fraction spending to investment 2
non armament spending 2
Economic Capacity 2
capacity lifetime 2 capacity
target armament 2
desired strength ratio 2
initial economic capacity2
沿着反馈回路绕行一周，看回路中全部因果链
的积累效应，积累效应为正，则为正反馈回路，积
累效应为负，则为负反馈回路。
反馈系统就是相互联结与作用的一组回路。
（1）若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正； （2）子系统或子结构Si(i＝1，2，………p)；
（1）正因果链：A→B＋
（4）反馈回路的组成与从属成分：状态变量、速率变量、辅助变量等。
3) 流图
IN 输入率
LEV 状 态变量
OUT 输出率
图1.8 流图及其表示符号
• 流图包括： 状态变量：Level 速率变量: Rate 辅助变量：Auxiliary 源: Sources 汇（漏或沟）: Sinks 物质流：实线 P43 信息链：虚线 P43 源和汇代表系统的环境，其他代表系
armament lifetime 2
系统工程学(第五章)
13
定性仿真发展历史
1983年，John de Kleer 和Seely Brown发表了 有关定性仿真的第一篇论文A Qualitative Physics Based On Confluence? 1986年美国德州大学的Benjamin Kuipers在 Qualitative Simulation”一文中提出了动态仿 真算法QSIM[3]，使定性仿真接近于实用 90年代以来，该领域的研究情况可谓方兴未艾， 在IEEE的相关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上 经常可以看到定性仿真方面的研究成果。国内该 领域的研究起步较晚，目前从事定性理论研究的 仅限于少数院校的少数研究者。
18
定性仿真的发展方向
采用定量与定性结合的仿真方法 采用模型分解方法 采用并行定性仿真方法
19
第二节 离散系统的仿真
1 排队系统 2 随机存储系统
20
排队系统的组成
排队系统的基本结构由四个部分构成：输入 过程、服务时间、服务机构和排队规则. 输入过程是指不同类型的顾客按照各种规律 来到系统. 服务时间是指顾客接收服务的时间规律. 服务机构则表明可开放多少服务设备来接纳 顾客. 排队规则确定到达的顾客按照某种一定的次 序接受服务.
4
系统仿真就是在建立数学逻辑模型的基础 上，通过计算机实验，对一个按照一定的 决策原则或作业规则由一个状态变换为另 一个状态的动态描叙和分析。对于现实世 界的一些问题，我们可以通过仿真创立模 型，以使我们对问题有更深的理解.
5
2 计算机仿真技术（Computer Simulation）
是以数学理论、相似原理、信息技术、 系统技术及其应用领域有关的专业技术 为基础，以计算机和各种物理效应设备 为工具，利用系统模型对实际的或设想 的系统进行试验研究的一门综合技术。
定性仿真发展历史
1983年，John de Kleer 和Seely Brown发表了 有关定性仿真的第一篇论文A Qualitative Physics Based On Confluence? 1986年美国德州大学的Benjamin Kuipers在 Qualitative Simulation”一文中提出了动态仿 真算法QSIM[3]，使定性仿真接近于实用 90年代以来，该领域的研究情况可谓方兴未艾， 在IEEE的相关杂志上和撊斯ぶ悄軘等国际刊物上 经常可以看到定性仿真方面的研究成果。国内该 领域的研究起步较晚，目前从事定性理论研究的 仅限于少数院校的少数研究者。
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定性仿真的发展方向
采用定量与定性结合的仿真方法 采用模型分解方法 采用并行定性仿真方法
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第二节 离散系统的仿真
1 排队系统 2 随机存储系统
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排队系统的组成
排队系统的基本结构由四个部分构成：输入 过程、服务时间、服务机构和排队规则. 输入过程是指不同类型的顾客按照各种规律 来到系统. 服务时间是指顾客接收服务的时间规律. 服务机构则表明可开放多少服务设备来接纳 顾客. 排队规则确定到达的顾客按照某种一定的次 序接受服务.
4
系统仿真就是在建立数学逻辑模型的基础 上，通过计算机实验，对一个按照一定的 决策原则或作业规则由一个状态变换为另 一个状态的动态描叙和分析。对于现实世 界的一些问题，我们可以通过仿真创立模 型，以使我们对问题有更深的理解.
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2 计算机仿真技术（Computer Simulation）
是以数学理论、相似原理、信息技术、 系统技术及其应用领域有关的专业技术 为基础，以计算机和各种物理效应设备 为工具，利用系统模型对实际的或设想 的系统进行试验研究的一门综合技术。
系统工程学-第5讲系统动力学可编辑全文
② 速率变量
R1
③ 水准变量
L1
④ 辅助变量
() 。
。
A1
⑤ 参数（量） ⑥ 源与汇 ⑦ 信息的取出
（常量） L。1
④ 辅助变量
。 A1
（初值） 。
（3）流图--流图举例
R1（利息1） L1
C1(利率)
R1(订货量) 库存量 I
（库存差额） D
Y(期望库存)
(出生人口) (人口总量) (死亡人口)
(1) K和KL的含义是什么?
(2) RM是什么变量?
(3) MHM、P、RM的量纲是什么?
(4) P的实际意义是什么?
9、已知如下的部分DYNAMO方程：
MT·K=MT·J+DT*(MH·JK-MCT·JK)，
MCT·KL=MT·K/TT·K，
非线性
1. 原因与结果非线性 2. 时空分离性—滞后 3. 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的
认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
确定系统边界
封闭的社会系统
因果关系分析
系统结构
建立SD模型
流程图、方程式
仿真实验
结果分析
模型修正
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
因果箭 A
招聘成功
+ 论资排辈导致
发展受阻的压力
年轻人才渴望 明星位置的压力
+
-
+
明星位置空缺数量
+ 明星位置总数
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。
第5讲 两自由度系统的振动
(4)
，式中常数u1和u2起振幅的作用。 请
将方程(4)代入方程(3)，得
m1u1 f(t)+ (k11u1 + k12u2 ) f (t ) = 0 m2u2 f (t)+ (k21u1 + k22u2 ) f (t ) = 0
2015/3/24 机械系统动力学-多自由度系统的振动
现在关心的问题是，在初值条件下，如何求解 这个方程。这里，有两个问题需要确定： 1、坐标x1和x2是否有相同的随时间的变化规律 2、x1和x2是否是简谐函数
2015/3/24
机械系统动力学-多自由度系统的振动
14
有趣的“同步化” 现象
最早观察到同步化现象的科学家是
课 件荷兰的物理学家克里斯蒂安 · 惠更斯 仅 供(Christian Huygens 1629-1695)。根据 学 习伽利略(Galileo Galilei 1564-1642)发现 复 习 的钟摆的等时性原理，他于1656年把单 之 用 ，摆引入了机械钟，研制成第一个摆钟。 请
勿标，它们能够完全描述了系统在任何时刻的运动：x1和 它 用x2不仅表示出质量m1和m2的运动，而且也描述了
弹簧
。 曹k 、k 和k 的运动。因此，该系统是一个两自由度系统。 1 2 3
2015/3/24 机械系统动力学-多自由度系统的振动 8
两自由度系统的自由振动（微分方程）
f1 f2
课 件 仅 供 x1 x2 学 k2 (x2 − x1 ) 习 k1 x1 m1 m2 k3 x2 复 习 f1 f2 之 用 设运动x1和x2是微幅的，振动系统是线性的。由牛 ，顿定律建立运动微分方程 ：
引言
2015/3/24
机械系统动力学-多自由度系统的振动
系统工程教案--中国矿大第五章
第五章系统仿真及系统动力学方法第一节系统仿真概述一、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，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数学方程的仿真模型，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。
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。
尤其当系统无法建立数学模型求解时，仿真技术却能有效地来处理这类问题。
(2)仿真是一种人为的试验手段，进行类似于物理实验、化学实验那样的实验。
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)在系统仿真时，尽管要研究的是某些特定时刻的系统状态或行为，但仿真过程也恰恰是对系统状态或行为在时间序列内全过程进行描述。
换句话说，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数学模型，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。
连续系统是指系统中的状态变量随时间连续地变化的系统。
由于连续系统数学模型主要描述每一实体的变化速率，故数学模型通常是由微分方程组成。
系统动力学基本原理
系统动力学基本原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：系统动力学是一门研究系统内部结构、互动和演化规律的学科。
它以系统为研究对象，研究系统内部元素之间的相互作用、反馈机制和整体演化趋势。
在系统动力学中，有许多基本原理是我们必须了解的，下面就让我们来简单介绍一下系统动力学的基本原理。
系统动力学最基本的原理之一就是“系统”。
系统指的是一组相互关联的元素和它们的相互作用，这些元素和相互作用形成了一个整体。
系统可以是生物系统、物质系统、信息系统等等。
系统是由元素和其相互关系组成的整体，我们不能只看到系统中的某一部分，而要看到整体。
系统中的每个元素都相互联系，相互作用，并且影响整个系统的演化。
系统动力学的另一个基本原理是“动力”。
动力指的是系统内部元素之间相互作用的力量或驱动力。
系统中的元素之间存在各种形式的相互作用和反馈，这种相互作用会产生动力，驱动系统产生变化和演化。
系统中的元素和相互作用形成的动力，会决定系统的行为和演化趋势。
系统动力学的第三个基本原理是“反馈”。
反馈是系统中元素相互之间的信息传递和调节机制。
反馈可以分为正反馈和负反馈两种形式。
正反馈加强了系统内部的变化和波动，而负反馈则对系统进行调节和稳定。
在系统动力学中，反馈机制是非常重要的，因为它可以影响系统的行为和演化。
系统动力学的最后一个基本原理是“演化”。
演化指的是系统内部元素和相互作用随着时间的推移而发生的变化和演化。
系统动力学研究系统内部元素之间的相互作用和反馈导致的整体演化趋势。
在系统演化的过程中，系统可能出现非线性和复杂的行为，系统可能呈现出周期性、震荡或者混沌现象。
系统动力学通过研究系统内部的动力和反馈机制来揭示系统的演化规律。
第二篇示例：系统动力学是一门研究系统动态行为和相互作用的学科，它是一种综合性理论方法，用于描述系统内部和系统与外部环境之间的关系。
系统动力学的基本原理包括系统、动态、相互作用和反馈。
系统是指一组相互关联的元素或部件，这些元素或部件在一起形成一个整体，它们之间存在着相互作用和联系。
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V ensim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。
系统工程(动力学)基模..共60页文档
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
系统工程(动力学)基模..
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
系统工程(动力学)基模..
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
系统工程-系统动力学
第四节————
系统动力学方法及其应用
制作小组：
陈陆波
石柯
王兆进
一、系统动力学发展概述
背景：
系统动力学（System Dynamics，SD）作为最早和最有代表性 的系统工程方法，自1961年由J.W.弗雷斯特（Forrester）教授提出以 来，已经历了半个世纪的发展 期间，从研究企业库存控制、雇员管 理等问题的工业动力学（ID）开始，经 历研究城市综合发展的城市动力学（UD ）和研究全球未来发展趋势的世界动力 学（WD）等，最终形成了系统动力学。
四、系统动力学分析问题的步骤
问题的识别
确定系统边界
因果关系图
政策分析
仿真实现
系统流图
系统动力学过程图
发展领域：
物流与供应链管理、可持续发展战略 及其管理、学习型组织等组织变革研究方面。
费雷斯特教授
一、系统动力学发展概述
如何解决？
应用系统动力学解决问题
定 性 分 析
作为先导
相辅相成
螺旋上升
定 量 分 析
作为支持
解决问题的前提和必要条件（关键）
——构建科学、合理的系统动力学模型
一、系统动力学发展概述
建模过程中应注意的问题：
首先应明确建模目的与任务，针对所要解决的主要问题， 正确找出关键要素及其关系，并做好模型的简化工
其次，在系统动力学模型初步构建完成之后，还要检测模 型构建是否科学、合理，能否反映所研究系统的特性。 再次，在实际应用中，还要努力做好系统动力学模型的优 化工作。
如何优化？ I. II. 对模型结构模式、参数的逐步合理选取及结构良化。 通过反复比较及系统评价，寻求满意的仿真结果及其对应的 较好方案（满意解）。
系统动力学方法及其应用
制作小组：
陈陆波
石柯
王兆进
一、系统动力学发展概述
背景：
系统动力学（System Dynamics，SD）作为最早和最有代表性 的系统工程方法，自1961年由J.W.弗雷斯特（Forrester）教授提出以 来，已经历了半个世纪的发展 期间，从研究企业库存控制、雇员管 理等问题的工业动力学（ID）开始，经 历研究城市综合发展的城市动力学（UD ）和研究全球未来发展趋势的世界动力 学（WD）等，最终形成了系统动力学。
四、系统动力学分析问题的步骤
问题的识别
确定系统边界
因果关系图
政策分析
仿真实现
系统流图
系统动力学过程图
发展领域：
物流与供应链管理、可持续发展战略 及其管理、学习型组织等组织变革研究方面。
费雷斯特教授
一、系统动力学发展概述
如何解决？
应用系统动力学解决问题
定 性 分 析
作为先导
相辅相成
螺旋上升
定 量 分 析
作为支持
解决问题的前提和必要条件（关键）
——构建科学、合理的系统动力学模型
一、系统动力学发展概述
建模过程中应注意的问题：
首先应明确建模目的与任务，针对所要解决的主要问题， 正确找出关键要素及其关系，并做好模型的简化工
其次，在系统动力学模型初步构建完成之后，还要检测模 型构建是否科学、合理，能否反映所研究系统的特性。 再次，在实际应用中，还要努力做好系统动力学模型的优 化工作。
如何优化？ I. II. 对模型结构模式、参数的逐步合理选取及结构良化。 通过反复比较及系统评价，寻求满意的仿真结果及其对应的 较好方案（满意解）。
系统工程学系统动力学(课堂PPT)
因果箭 A
＋
－
B
A
B
A
B
因果链
B
D
＋
＋＋
A
C
B
D
－
－＋
A
C
反馈回路
系统的 性质 行为
订货 速度
＋
＋
－
库存 差额
库存
－
量
因果关系图和流图 （1） 10
因果关系图和流图 （2）
库存量 +
-
订货量
（ -）
库存差额
期望
库存
+
11
因果关系图和流图 （3）
+ +
出生 人口
（+）
- 人口
总量
（）
死亡 人口
+ （平均）出生率
8
非线性
1. 原因与结果非线性 2. 时空分离性—滞后 3. 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的
认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
确定系统边界
封闭的社会系统
因果关系分析
系统结构
建立SD模型
流程图、方程式
仿真实验
结果分析
模型修正
9
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
(出生人口) (人口总量) (死亡人口)
R1
R2
P
C1（出生率）
C2（死亡率）
19
组织改善
。 组织 缺陷
组织 绩效
3 系统动力学原理
决策
信息
行动
信息
(Rate) 源
速率变 量
反馈回路
流 （行动）
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（4）形成子结构及流图。
四、基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
1、基本DYNAMO方程
水准方程（L方程） 速率方程（R方程） 辅助方程（A方程） 常量方程 （C方程） L R A C L1· K=L1· J+DT*(RI· JK-RO· JK) R1·KL=f ( L1·K,A1·K,…) A1· K=g(L1· K,A2· K,R1· JK,…) C1=数值 L1=数值 或 “ L1=L10 , L10=数值”
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 ┆
个人雄心 + 成为明星的愿望 + 自负 + 当前的知名度 +
公众瞩目度 + 对公司的价值
+
讨价还价的能力 + 新雇主的吸引力 + 新传媒的出现
+
3.3.2、明星的视点——讨价能力
3.3.3、明星的视点——与公司的冲突
+
3.4、非明星员工的视点
年轻人才的流失 + 其他雇主的吸引力 公司的声望 +
-
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
（2）流图符号
社会系统 （人机系统）
1、引言
1.3、再看系统结构
系统结构
静态结构 ＋ 时、空维度
系统结构模型 ISM
动态结构
系统动力学模型
二、系统动力学
2.1、产生与发展
企业
Forrester （MIT）
工业动力学 20,50
工业系统
更大的系统
> 城市 > 地区 > 国家 > 世界
城市动力学 世界动力学 69、71 系统动力学 学生 增长的极限 1971
888.2
3980
4922
Step Ramp
4、简单库存控制系统的扩展（3）
订货率
Pulse Sin Noise
。 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 期望 。 库存
SMOOTH
平均销 售（发 货）率
。
5
建模流程
明确目的 确定系统边界 因果关系分析 认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
封闭的社会系统
系统结构 流程图、方程式
建立SD模型 仿真实验
结果分析 模型修正
五 案例分析
电视行业的人才问题
管理团队所面临的一个限制业务增长的最大约 束就是人才问题，一些关键人物的流失给公司业务 带来巨大的冲击。这些关键人物包括银幕上的明星 、重要的幕后职员、经验丰富且能力颇强的编剧、 制片人、设计师等等。由于技术的发展，电台不断 开出很多新的频道，加上卫星频道、网络频道的不 断出现，新公司不断涌现，行业竞争愈演愈烈。因 此，各种人才可以不断流动了。 当然，留住人才的速效疗法就是加薪，然而这 可能并非最聪明的办法。
6000
1000
二阶负反馈系统输出特性曲线
t
仿真表
仿真步 长(周)
0
G
10000
△G
---
R1
1000
D
5000
R2
1000
I
1000
1
2
10000
9800
0
-200
800
600
4000
3000
1000
980
2000
3000
3
4
9420
8882
-380
-538
404
215.6
2020
1078
942
2、系统动力学
2.2、研究对象
Forrester （MIT）
系统 动力学
动态行为
系统
结构
理论 基础
控制论
信息论
决策论
系统动力学 模型
决策依据
2、系统动力学
2.2、研究对象：社会系统的基本特性
社会系统
基本特征 决策环节
SD的研究方法
非线性多重反馈系统
基本特性
自律性
非线性
反馈
1. 2. 3. 4.
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
┆
┆
┆
┆
由于一阶负反馈回路的作用, 库存水准就会逐渐达到期望库存 量.通常,构成负反馈回路是决策 者使系统达到预期目标或者 稳定的必要条件.
第5讲 系统仿真及SD方法
1 2 3 4 5 引言 系统动力学 系统动力学结构模型化原理 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析 案例分析
一、引言
1.1、从经典力学说起
经典力学
刚体
Байду номын сангаас
时间维
静力学
运动学
动力学
过程 运动
瞬间 静止
1、引言
1.2、从经典力学到系统动力学
经典动力学
刚体 （物理系统）
决策环节
系统动力学
作者简介：1970年从斯坦福大学获工学学士后进入MIT攻读 管理硕士学位，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。
I 6000
1000
0 一阶负反馈（简单 库存控制）系统输 出特性曲线 t
4、简单库存控制系统的扩展（1）
库存量
I
—
R2
10000
R1 。 Z（5） 。 G 。 D R2 。
1000 。 I
入库量 + （—）— 途中存货量 +
（—） 订货量 R1
G
库存 差额 +
W（10） 。 Y（6000）
4、简单库存控制系统的扩展（2）
自主决策 自我管理 自我控制 自我约束
1. 2. 3.
原因与结果非线性 时空分离性—滞后 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的 确定系统边界 因果关系分析 认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
封闭的社会系统
系统结构 流程图、方程式
建立SD模型 仿真实验
结果分析 模型修正
提示
企业视角
学 校 视 角
就业 & 招聘
人 才 视 角
思考与讨论题
1、系统仿真在系统分析中起何作用?系统仿真方法的特点有哪些? 2、SD的基本思想是什么?其反馈回路是怎样形成的?请举例加以说明。 3、请分析说明SD与解释结构模型化技术、状态空间模型方法的关系及 异同点。 4、请举例说明SD结构模型的建模原理。 5、SD为什么要引入专用函数?请说明各主要DYNAMO函数的作用及适 用条件。 6、如何理解SD在我国现实的社会经济和组织管理系统分析中更具有方 法论意义? 7、请用SD结构模型来描述学习型组织的一般机理。 8、假设每月招工人数MHM和实际需要人数RM成比例，招工人员的速 率方程是：MHM· KL=P*RM· K，请回答以下问题： (1) K和KL的含义是什么? (2) RM是什么变量? (3) MHM、P、RM的量纲是什么? (4) P的实际意义是什么?
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
＋ －
因果箭
A
B
＋ ＋
B
D
＋
A
B
B
－ －
A
D
＋
B
因果链
A
反馈回路
C
订货 速度
＋ －
A
C
＋
系统的 性质 行为
库存 差额
－
库存 量
因果关系图和流图 （1）
因果关系图和流图 （2）
+ 订货量
库存量
库存差额 期望
（ ）
+
库存
因果关系图和流图 （3）
+ 出生 人口 （+） + （平均）出生率 人口 总量 + （ ）
Meadows
MIT世界模型
System Dynamics, SD/ J.W. Forrester(MIT) Industrial Dynamics (ID), 1959 Principles of Systems, 1968 Urban Dynamics (UD), 1969 World Dynamics (WD), 1971 SD, 1972 [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。