复杂系统风险熵的涌现与动力学传播分析_汪送

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机械设计基础第十四章 机械系统动力学

第十四章 机械系统动力学 14-11、在图14-19中,行星轮系各轮齿数为123z z z 、、,其质心与轮心重合,又齿轮1、2对质心12O O 、的转动惯量为12J J 、,系杆H 对的转动惯量为H J ,齿轮2的质量为2m ,现以齿轮1为等效构件,求该轮系的等效转动惯量J ν。 2222 2121221 12323121 13212 1 13222 12311212213121313 ( )()()()1()()()( )()()()o H H H o H J J J J m z z z z z z z z z O O z z z z z z z O O J J J J m z z z z z z z z νννωωω ωωωω ωω ωωωωνω=+++=-= += +=+-=++++++解: 14-12、机器主轴的角速度值1()rad ?从降到时2()rad ?,飞轮放出的功 (m)W N ,求飞轮的转动惯量。 max min 122 2 121 ()2 2F F Wy M d J W J ?ν??ωωωω==-=-? 解: 14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应,以曲柄和连杆所组成的转动副A 的中心为等效力的作用点,等效阻力变化曲线c A F S ν-如图14-22所示。等效驱动力a F ν为常数,等效构件(曲柄)的平均角速度值25/m rad s ?=, 3 H 1 2 3 2 1 H O 1 O 2

不均匀系数0.02δ=,曲柄长度0.5OA l m =,求装在主轴(曲柄轴)上的飞轮的转动惯量。 (a) W v 与时间关系图 (b )、能量指示图 a 2 24()2 3015m Wy=25N m 25 6.28250.02 c va OA vc OA OA va F W W F l F l l F N Mva N J kg m νν=∏?∏=∏+==∏= =?解:稳定运动循环过程 14-17、图14-24中各轮齿数为12213z z z z =、,,轮1为主动轮,在轮1上加力矩1M =常数。作用在轮 2 上的阻力距地变化为: 2r 22r 020M M M ??≤≤∏==∏≤≤∏=当时,常数;当时,,两轮对各自中心的转动惯量为12J J 、。轮的平均角速度值为m ω。若不均匀系数为δ,则:(1)画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线M ν?-;(2)求出最大盈亏功;(3)求飞轮的转动惯量F J 。 图14-24 习题14-17图 40Nm 15∏ 12.5∏ 22.5∏ 15Nm ∏ 2∏ 2.5∏ 4∏ 25∏ 1 1 z 2 z 2 r M 2 M ∏ 2∏ 2?

基于系统动力学的物流系统研究

基于系统动力学的物流系统研究 摘要:本文将系统动力学方法应用于物流运输这个复杂的系统当中,建立模型,对现实情况进行模拟,以期为物流企业提供定量的可持续发展预测分析,达到辅助企业科学决策的目的,引导物流企业沿着正确的方向发展壮大,提高物流企业生存竞争的能力,并进一步促进物流企业管理的科学化与现代化。 关键词:系统动力学;物流系统;管理科学 中图分类号:F252 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2010)08-0018-02 0 引言 系统动力学(system dynamics),简称SD,是一种以反馈控制理论为基础,以数字计算机仿真技术为手段的研究复杂社会经济系统的定量方法。[1]由美国麻省理工学院史隆管理学院JAY W.FORRESTER教授于创立,是一种研究大系统的计算机仿真方法。系统动力学模型的一大特点是能作长期的、动态的、战略性的定量分析研究。[2]通过计算机实验的方法来研究战略与策略,因此被誉为“战略与策略实验室”。系统动力学创造至今,在人口、经济、环境、能源、教育等领域都得到了广泛应用。[3]近些年来物流业在中国得到了前所未有的发展,物流活动的一个显著特征就是系统性,通过将系统动力学应用于物流系统领域,可以较为深入地从定性和定量的角度分析物流活动的动态发展运行机制,进而对制定物流决策提供辅助和参考。有学者甚至提出了“物流系统动力学”的边缘学科概念,以阐释将系统动力学引入物流系统分析领域的可能性和必要性。 本文就是将系统动力学应用于物流系统中,尝试建立物流系统的系统动力学模型,并进行仿真,进而为物流决策提供辅助和参考。 1 模型的建立 整个供应链包括生产商、物流公司和顾客,而我们研究的是物流系统,因此将其从供应链中分离出来。站在一个物流企业的角度分析整个物流系统。一个企业取得收益是最重要的目标,而利益是收入与成本之差,对于一个物流企业的收入就是将物资配送至目的地从而取得利益;而物流企业的成本包括配送费用和仓储费用,配送费用即物流公司用汽车、飞机等交通工具将客户的货物送至目的地的费用,仓储费用即物流公司用仓库存放货物而产生的费用。 在系统分析的过程中发现,仓库数是整个物流系统中很重要的一个指标,它直接关系到物流公司的收益。随着仓库数的增多,可以缩短客户响应时间,提高客户服务水平,因此会使物流企业的周转率提高从而提高收入,对整个企业的收益起正面作用;但是从另一个方面考虑,随着仓库数量的增加使得配送费用和仓储费用都提高了,从而使成本提高,对整个企业的收益起负面作用。因此仓库数是一个重要的指标。 根据系统分析的结果我们建立起因果关系。如因果关系所示,收益与收入成正向增长,与成本成负向增长,收入与仓库数为正因果关系;配送费用和仓储费用均与成本为正因果关系,配送量与配送费用同向增长,而仓库数与配送费用和仓储费用同向增长。 增加仓库数量可缩短客户响应时间,提高客户服务水平,从而提高周转率,增加一个仓库到底能缩短多少客户响应时间,使周转率能提高多少,很难一概而论,但是在物流行业有仓库销售率这一指标,它的含义是每增加一个仓库每个月能够带来的收入有多少。而成本方面有配送成本和仓储成本,配送成本受运输费

(完整版)系统动力学模型案例分析

系统动力学模型介绍 1.系统动力学的思想、方法 系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能,分别表征了系统的组织和系统的行为,它们是相对独立的,又可以在—定条件下互相转化。所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素,才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度,而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。模拟过程中所需的系统功能方面的信息,可以通过收集,分析系统的历史数据资料来获得,是属定量方面的信息,而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度,其中也包含着大量的实际工作经验,是属定性方面的信息。因此,系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法,实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息,并将它们有机地融合在一起,合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。 2.建模原理与步骤

(1)建模原理 用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性,任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况,从变化和发展的角度去解决系统问题。系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点,就是实现结构和功能的双模拟,因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。与其它模型一样,系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表,而不是原原本本地翻译或复制。因此,在构造系统动力学模型的过程中,必须注意把握大局,抓主要矛盾,合理地定义系统变量和确定系统边界。系统动力学模型的一致性和有效性的检验,有一整套定性、定量的方法,如结构和参数的灵敏度分析,极端条件下的模拟试验和统计方法检验等等,但评价一个模型优劣程度的最终标准是客观实践,而实践的检验是长期的,不是一二次就可以完成的。因此,一个即使是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、不断完善,以适应实际系统新的变化和新的目标。 (2)建模步骤 系统动力学构模过程是一个认识问题和解决问题的过程,根据人们对客观事物认识的规律,这是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程,因此它必须是一个由粗到细,由表及里,多次循环,不断深化的过程。系统动力学将整个构模过程归纳为系统分析、结构分析、模型建立、模型试验和模型使用五大步骤这五大步骤有一定的先后次序,但按照构模过程中的具体情况,它们又都是交叉、反复进行的。 第一步系统分析的主要任务是明确系统问题,广泛收集解决系统问题的有关数据、资料和信息,然后大致划定系统的边界。 第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量和信息反馈机制。 第三步模型建立是系统结构的量化过程(建立模型方程进行量化)。 第四步模型试验是借助于计算机对模型进行模拟试验和调试,经过对模型各种性能指标的评估不断修改、完善模型。 第五步模型使用是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究和做各种政策实验。 3.建模工具 系统动力学软件VENSIM PLE软件 4.建模方法 因果关系图法 在因果关系图中,各变量彼此之间的因果关系是用因果链来连接的。因果链是一个带箭头的实线(直线或弧线),箭头方向表示因果关系的作用方向,箭头旁标有“+”或“-”号,分别表示两种极性的因果链。

系统动力学课程论文

基于系统动力学对企业效率与员工之间关系的研究 摘要;企业效率不高的原因主要有:员工报酬不合理、工作量的多少、考核制度不规范、员工工作上的应付心理、企业成员之间间目标的不一致等。提高企业工作效率,要分清工作的轻重缓急;鼓励工作效果,兼顾工作过程;让员工了解工作的全部;进行企业薪酬体系设计,实现福利和薪酬;提高员工的精神激励,使工作效率在员工价值实现的过程中得以提高 关键词:系统动力学;企业效率;薪资变化;企业与员工;工作意识 1.研究背景。 提高企业工作效率就是要以最少的人力物力资源实现既定目标,在激烈的市场竞争中,提升企业市场竞争力。调查表明,我国企业员工实际的工作效率不足他们能达到的 50%,只是干满他们的工作时间,而没有尽力发挥他们的智慧去高效工作企业员工身上有很大的潜能可挖,员工能够比他们现在做得更好。如何提高员工的工作效率,使高效率地工作成为员工的工作习惯,已成为每一个企业管理实践中经常遇到的问题,这些的理论基础和经济背景各不相同,但有一个共同的核心思想或基本假设:员工的劳动效率与工资水平呈正向关系,生产率高的员工会得到高工资。工资依赖于员工的生产率,员工的生产率也依赖于工资,工资的高低可以影响企业员工的人数、辞职率、工作士气和对企业的忠诚等,追求利润最大化的企业存在很强的愿望去按生产率来选择效率员工。怎样把员工薪资与企业员工的绩效管理有机结合,相互促进,提出新思路和新建议,为提高企业效率,提升员工绩效管理水平提供思路和建议。 2.建立企业员工工作效率的流率基本入树模型 2.1确定流位流率系 在研究整个系统的的基础上,更具系统动力学级控制原理,按企业与员工之间的关系将主要影响因素将系统分为人口变化量、员工薪资、产工作量、企业效率、企业福利。并设计五个流位流率如下(其中,Li(t)(i=1、2…5)表示流位变量,Rj(t)(j=1、2…..5)表示留联系变量)。 人口数子系统:L1(t)、R1(t)人口数及其改变量 员工薪资子系统:L2(t)、R2(t)员工薪资及其改变量 工作量子系统:L3(t)、R3(t)工作量及其改变量 企业效率子系统:L4(t)、R14(t)企业效率及其改变量 企业福利子系统:L5(t)、R5(t)企业福利及其改变量 从而得到整个系统的流位流率系: { [L1(t),R1(t)],[L2(t),R2(t)],[L3(t),R3(t)],[L4(t),R4(t)],[L5(t),R5(t)。 2.2 建立二部分图及建立流率基本入树模型 在对系统中所有流位和流率变量之间的内在关系进行定性分析的基础上,根据系统动力学流位变量控制流率变量的建模思想,得到流位控制流率的定性分析二部分图

系统动力学优化方法案例研究

系统动力学优化方法案例研究 1研究背景 农业生态系统是由自然生态系统和社会经济系统组成的复杂系统,它的发展受人类、社会、经济、政策、科技和自然等因素综合作用,呈现高度非线性、多回路、复杂的动态特性。农业生态系统的优化管理就是对农业生产进行合理的人为干预,通过政策实施和技术支撑,对系统结构和功能进行合理调控,使农业生态系统处于安全与健康状态,为人类提供持续的生态服务、满足人类生存和发展需求。 禹城农业生态系统为县级尺度的生态系统。全市拥有耕地52927 hm2,全市总人口499755人,其中农业人口415913人。土地平坦,水资源丰富,适合农业生产,经济以农业为主,农业长期以种植业为主,20世纪90年代,粮食单产稳定在12000kg/hm2以上,畜牧业有了较快发展,逐步呈现农牧结合的良好态势,到2000年种植业产值和畜牧业产值在农业生产总产值中分别占到65.0%和29.8%。种植业以小麦、玉米为主,部分为棉花、蔬菜、瓜果等经济作物,养殖业以牛、猪、鸡为主。目前,随着我国农业发展进入新阶段,面临新一轮农业结构调整,根据区域资源特点及我国优势农产品区划,禹城市既是粮食生产优势产区,同时也是畜牧业生产的优势产区,种植业子系统和养殖业子系统是禹城市农业生态系统两个最主要的子系统,种植业和养殖业的结合也是农业生产最基本的形式。养殖业在农业生态系统中的重要作用,一方面主要表现为提供营养丰富的动物性食品和增加经济收入,另一方面则表现为充分利用种植业副产物,并为种植业提供大量有机肥从而可适当减少化肥用量。种植业和养殖业的有机结合,有利于减少工业辅助能的投入,能够提高抵抗自然灾害和社会经济风险的能力,可以增加系统的稳定性。运用系统动力学方法优化并调控种植业和养殖业内部组分结构比例,协调种植业和养殖业两个子系统之间的相互关系,探讨实现系统的整体高效和良性循环的途径。 2模型的建立与检验 (1)建模思路 应用系统动力学模型对禹城市农牧结合生态系统发展趋势进行动态模拟,并

基于多接触约束的动力学仿真计算效率

第46卷第7期2010年4月 机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.46 No.7 Apr. 2010 DOI:10.3901/JME.2010.07.108 基于多接触约束的动力学仿真计算效率* 石明全张鹏范树迁刘强 (电子科技大学机械电子工程学院成都 610054) 摘要:在进行基于虚拟样机技术的机械系统动力学分析时,如果系统包含多接触约束,计算效率往往低下,甚至导致模型求解失败,本质原因之一是当前非实际接触约束仍然要参与当前迭代计算,使求解模型的雅可比矩阵的规模比实际求解需要的规模大得多,从而可能引起该矩阵的条件数增大,使求解效率降低。基于此,针对多接触动力学系统计算效率问题,通过分析求解模型中雅可比矩阵构成的本质,提出采用消隐或激活接触约束的方法对雅可比矩阵降维,从而降低当前迭代步的解算规模,达到提高仿真效率的目的。仿真试验结果表明,消隐或激活接触约束的方法在不损失仿真精度的基础上,大大减少了多接触动力学模型的求解时间,提高了求解效率。 关键词:动力学仿真多接触约束仿真效率 中图分类号:TP391 TH113 Computational Efficiency for Dynamics Simulation Based on Multi-contact Mechanical System SHI Mingquan ZHANG Peng FAN Shuqian LIU Qiang (School of Mechatronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054) Abstract:Dynamic simulation based on virtual prototype technology is an important issue in functional design of production development and innovation. However, dynamic simulation of a multi-contact mechanical system may be unavailable due to its inefficient and instable computational model. Generally, the higher dimension of the Jacobian matrix is, the bigger condition number will be, which makes the solving more inefficient. Contact constraints are always pre-defined in modelling, but some of them don’t work at current iteration step of solving. The Jacobian matrix of the solving model, which includes the constraint definitions, maintains its dimension even if some of the contacts don’t occur. That is to say the complexity of computation is the same at every iteration step. To improve efficiency, the intrinsic properties of the Jacobian matrix for the solving model are analyzed. A contact constraint deactivation or activation method is proposed to reduce the dimension of Jacobian matrix when iterating. Meanwhile, the conditions for robust dimension reduction are given, as well as its algorithm. The experiment reveals that the given method can improve computational efficiency greatly without losing solving precision for dynamics simulation. Key words:Dynamics modelling Multi-contact constraint Simulation efficiency 0 前言 基于虚拟样机技术的动力学建模和仿真计算效率及稳定性已经成为直接影响机械产品仿真设计的核心难题之一[1-2]。研究表明,当具有多接触约 * 教育部博士学科点专项科研基金资助项目(20070614022, 200806141063)。20090511收到初稿,20091228收到修改稿束的机械系统在进行动力学仿真分析时,往往存在着明显的计算效率低下现象,尤其是在分析模型比较庞大的时候甚至会导致求解失败[3-4]。方喜峰等[5]利用空间算子代数理论描述多体系统,可以消除动力学建模的复杂性,减少计算量。蒲明辉等[6]通过对多接触约束动力学系统进行研究,认为当两物体的接触达到稳态时,可用等效力来近似代替接触约束,减少仿真计算时间。石明全[7-8]对该类问题进行

系统动力学(自己总结)

系统动力学 1.系统动力学的发展 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的福瑞斯特教授。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。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的交叉综合学科。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,吸收了控制论、信息论的精髓,是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。 系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段: 1)系统动力学的诞生—20世纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统,初名也就叫工业动力学。这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作,之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理,系统产生动态行为的基本原理。后来,以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究,提出了城市模型。 2)系统动力学发展成熟—20世纪70-80 这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题,因此吸引了世界范围内学者的关注,促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。 3)系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今 在这一阶段,SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题,涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 2.系统动力学的原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它是系统科学中的一个分支,是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论,吸收控制论、信息论的精髓,是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学科。从系统方法论来说,系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。 系统动力学是在系统论的基础上发展起来的,因此它包含着系统论的思想。系统动力学是以系统的结构决定着系统行为前提条件而展开研究的。它认为存在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。反馈之间有系统的相

基于系统动力学的工程项目管理应用

项目管理,现在被广泛地应用在社会经济活动的各个领域和总分。但是由于项目管理者的经验和内外界因素复杂的变化,而导致的项目成本超支、时间拖延的现象比比皆是。在项目执行的过程中,经常有反直觉的案例产生,如软件项目开发中的布鲁克斯法则,即在一个已经延迟的项目中增加新的员工将导致项目的完成时间更晚。项目通常都是进行得很顺利,但是经常存在到项目后期甚至近乎结束时才发现一些应该在早期就解决的错误,而这就导致了项目的返工、加班和延误,影响项目成本及周期。 1系统动力学与项目管理的结合应用 系统动力学(SystemDynamics)是一门研究分析信息反馈系统的学科,其作为一种系统的建模理论,能够定性与定量地分析研究系统,从系统的微观结构处人手来构建系统的基本结构,进而模拟与分析系统的动态行为。现在国内外的学者,将系统动力学广泛的应用在各个领域,如用于分析价格和产品战略,在资本品行业的实用性;新药品的市场动态和困难,选择一个合适的市场进入战略研究;学习曲线理论创新实施检验时,组织政策等,其中,项目管理也是系统动力学的一个主要应用领域。 为什么要使用建模的方式来研究项目管理?一些专业人员包括项目管理者,都不擅长处理一个复杂系统内的动态反馈关系,毕竟对项目的关注度、了解程度及信息的充分性都有一定的约束,所以,人们面对这样复杂系统做出的解读和判断经常会产生错误。电脑建模的方式,能够很好地克服这些制约,因为模型可以由多人参与建立,模型能够同时处理多个内外部存在联系的因素,可以在一定的假设下运行,以帮助分析人员或管理人员更好的模拟不同真实情景下的系统。不过即使模型有这么多好处,也不是说其结果一定比项目管理人员的判断准确。任何一种作为工具的方法都有可能被错误的使用,总会有一些成功的案例和失败的案例。但是如果正确的使用系统图动力学建模的方法,其可以作为一个帮助项目管理者做决策的工具。 2系统动力学应用于工程项目管理的优势 2.1工程项目非常复杂,包含多个相互影响的关系 在系统中,一个因素的变化可能引起其他意想不到的影响。这一点和普遍的认识不同,无论是从时间的角度还是空间的角度,因果关系在一个复杂的系统内并不是密切相关。例如,改变工程图设计图纸里的一个管道

系统动力学模型案例分析学习资料

系统动力学模型案例 分析

系统动力学模型介绍 1?系统动力学的思想、方法 系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能,分别表征了系统的组织和系统的行为,它们是相对独立的,又可以在一定条件下互相转化。所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素,才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度,而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。模拟过程中所需的系统功能方面的信息,可以通过收集,分析系统的历史数据资料来获得,是属定量方面的信息,而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度,其中也包含着大量的实际工作经验,是属定性方面的信息。因此,系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法,实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息,并将它们有机地融合在一起,合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。 2.建模原理与步骤 任务j调研 * 问气定义 划定界限 建力方程* 政策分析与模空便用系统分析结构分析*

(1)建模原理 用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性,任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况,从变化和发展的角度去解决系统问题。系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点,就是实现结构和功能的双模拟,因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。与其它模型一样,系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表,而不是原原本本地翻译或复制。因此,在构造系统动力学模型的过程中,必须注意把握大局,抓主要矛盾,合理地定义系统变量和确定系统边界。系统动力学模型的一致性和有效性的检验,有一整套定性、定量的方法,如结构和参数的灵敏度分析,极端条件下的模拟试验和统计方法检验等等,但评价一个模型优劣程度的最终标准是客观实践,而实践的检验是长期的,不是一二次就可以完成的。因此,一个即使是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、不断完善,以适应实际系统新的变化和新的目标。 ⑵建模步骤 系统动力学构模过程是一个认识问题和解决问题的过程,根据人们对客观事物 认识的规律,这是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程,因此它必须是一个由粗到细,由表及里,多次循环,不断深化的过程。系统动力学将整个构模过程归纳为系 统分析、结构分析、模型建立、模型试验和模型使用五大步骤 这五大步骤有一定的先后次序,但按照构模过程中的具体情况,它们又都是交叉、反复进行的。 第一步系统分析的主要任务是明确系统问题,广泛收集解决系统问题的有关数据、资料和信息,然后大致划定系统的边界。 第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量和信息反馈机制。 第三步模型建立是系统结构的量化过程(建立模型方程进行量化)。 第四步模型试验是借助于计算机对模型进行模拟试验和调试,经过对模型各种 性能指标的评估不断修改、完善模型。 第五步模型使用是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究和 做各种政策实验。 3?建模工具 系统动力学软件VENSIM PLE软件 4.建模方法 因果关系图法 在因果关系图中,各变量彼此之间的因果关系是用因果链来连接的。因果链是 一个带箭头的实线(直线或弧线),箭头方向表示因果关系的作用方向,箭

系统动力学定义(精)

系统动力学定义 系统动力学出现于1956年,是美国麻省理工学院JayW.Forrester福瑞斯特教授最早提出的一种对社会经济问题进行系统分析的方法论和定性与定量相结合的分析方法,是一门以系统反馈控制理论为基础,以计算机仿真技术为主要手段,定量地研究系统发展的动态行为的一门应用学科,属于系统科学的一个分支。复旦大学管理学院王其藩教授在他所著的《高级系统动力学》中给出了系统动力学的内涵曰:系统动力学是一门研究信息反馈系统的学科,是一门探索如何认识和解决系统问题的科学,是一门交叉、综合性的学科。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,系统在内外动力和制约因素的作用下按一定的规律发展和演化。系统动力学是从运筹学的基础上改进发展起来的。鉴于运筹学太拘泥于“最优解”这一不足,系统动力学从观点上做了基本的代写硕士论文改变,它不依据抽象的假设,而是以现实存在的世界为前提,不追求“最佳解”,而是寻求改善系统行为的机会和途径。由此,系统动力学在传统管理程序的背景下,引进信息反馈和系统力学理论,把社会问题流体化,从而获得描述社会系统构造的一般方法,并且通过电子计算机强大的记忆能力和高速运算能力而获得对真实系统的跟踪,实现了社会系统的可重复性实验。不同于运筹学侧重于依据数学逻辑推演而获得解答,系统动力学是依据对系统实际的观测所获得的信息建立动态仿真模型,并通过计算机实验室来获得对系统未来行为的描述。当然,系统动力学建立的规范模型也只是实际系统的简化与代表。一个模型只是实际系统一个断面或侧面,系统动力学认为,不存在终极的模型,任何模型都只是在满足预定要求的条件下的相对成果。模型与现实系统的关系可用下图形象地加以说明。

(完整word版)系统动力学步骤

系统动力学分析步骤 (1)系统分析(分析问题,剖析要因) 1)调查收集有关系统的情况与统计数据 2)了解用户提出的要求、目的与明确所要解决的问题 3)分析系统的基本问题与主要问题、基本矛盾与主要矛盾、变量与主要变 量 4)初步划分系统的界限,并确定内生变量、外生变量和输入量 5)确定系统行为的参考模式 (2)系统的结构分析(处理系统信息,分析系统的反馈机制) 1)分析系统总体的与局部的反馈机制 2)划分系统的层次与子块 3)分析系统的变量、变量之间的关系,定义变量(包括常数),确定变量的 种类及主要变量。 4)确定回路及回路间的反馈耦合关系,初步确定系统的主回路及它们的性 质,分析主回路随时间转移的可能性 (3)确定定量的规范模型 1)确定系统中的状态、速率、辅助变量和建立主要变量之间的关系; 2)设计各非线性表函数和确定、估计各类参数; 3)给所有N方程、C方程与表函数赋值; (4)模型模拟与政策分析 1)以系统动力学的理论为指导进行模型模拟与政策分析,进而更深入地剖 析系统的问题; 2)寻找解决问题的决策,并尽可能付诸实施,取得实践结果,获取更丰富 的信息,发现新的矛盾与问题; 3)修改模型,包括结构与参数的修改; (5)模型的检验和评估 这一步骤的任务不是放在最后一起来做的,其中相当一部分是在上述过程中分散进行的。 参考模式:用图形表示重要变量,并推论和绘出与这些最有关的其他重要的两,从而突出、集中的勾画出有待研究的问题的发展趋势和轮廓,我们称这类随时间变化的变量图形为行为参考模式。在建模的过程中,要反复地参考这些模式。当系统的模型建成后,检验其有效性标准之一就是看模型产生的行为模式与参考模式是否大体一致。

基于系统动力学的人口预测

3.2基于系统动力学的人口预测 21世纪是人类面临三大问题:第一是人口膨胀,第二是就业困难,第三是环境污染,这三大问题的焦点在于人口。因此,如何对未来的人口进行预测和控制,一直是人们关心的重要领域。 本课题是在宋健人口模型的基础上,考虑到上海作为一个开放城市,改良建立了双线性开放/动态人口模型。采用上述基于人口结构模型,预测上海2010—2050年的人口年龄、性别结构。为了更准确地研究人口系统,我们将人口按0-4岁、5-9岁、10-14岁、…、95-99岁、100岁及以上分群,分为21个群,并假设女性的生育时间以不同的概率分布在15-49岁之间。然后以政策系数和生育时间的分布概率为政策参数进行仿真分析和政策试验。 3.2.1系统模拟的一些基本假设 ●人口分年龄数据 2000年人口普查的数据上海常住人口总数为1640万,而根据上海统计年鉴2000年上海常住人口总数为1608万。因为后续计算都是采用上海统计年鉴上的数据,所以按上海统计年鉴的常住人口总数1608万对2000年人口普查的数据 《上海市2000年人口普查资料》、 《2005进行了同比例调整。通过《上海统计年鉴》、 年上海市1%人口抽样调查资料》等文献的搜索,得2000年上海市分年龄段的男、女人数数据见表1。 ●妇女生育时间 根据人口生育的一般规律可知,对出生有贡献的只有15-49岁的女性人口。出生率受人口政策的影响,如果严格实行“一对夫妇一个孩”的人口政策,那么

任何一个女性在一生中只能生育一次。我们假设生育时间是在15-49岁之间均匀分布,于是有出生率=1/35≈2.9%。通过对统计资料和参考文献的整理和分析,可得妇女生育时间到俄分布规律如表所示。 ●性别比 性别比是一个统计数据,是指新生婴儿中男性人口与女性人口的比例。新出生的人口可能是男性,也可能是女性。在自然出生的情况下,男性和女性的概率都是50%。但是根据前面的分析,新生婴儿中,男性与女性的平均性别比为105:100。 ●政策系数 政策系数是一个政策参数,表明计划生育政策执行的严格程度。如果严格执行“一对夫妇一个孩”的人口政策,政策系数=1,随着执行程度的放松,其值增加。例如,如果实施“一对夫妇两个孩”的人口政策,政策系数=2。 ●男、女性出生速率 根据政策系数,有 男性出生速率=“女性15-49”*出生率*(性别比)/(100+性别比)*政策系数;女性出生速率=“女性15-49”*出生率*100/(100+性别比)*政策系数。 ●死亡率 但不同年龄组死亡率存在差异。0-10岁组是少年儿童阶段,死亡率呈下降趋势,10-14岁组死亡率水平为最低,以后随着年龄的增长,死亡率逐步上升。由于上海市2008年男性预期寿命为79.06岁,女性预期寿命为83.50岁,人均寿命已经达到较高的水平,接近许多世界发达国家的水平,上升的空间已经不是很大,故在未来若干年中死亡率减低的速度必然逐步减弱。以2000年男性、女性死亡率为基期我们假设截止2050年上海人均死亡率每十年分别较上一个十年下降10%。 表3 上海市分年龄死亡率对比分析 1990年(?)1995年(?)2000年(?)2005年(?)0-4岁 2.88 0.939 1.1 0.98 5-9岁0.32 0.298 0.24 0.07 10-14岁0.33 0.375 0.21 0.23

系统动力学与案例分析

系统动力学与案例分析 一、系统动力学发展历程 (一)产生背景 第二次世界大战以后,随着工业化的进程,某些国家的社会问题日趋严重,例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。这些问题范围广泛,关系复杂,因素众多,具有如下三个特点:各问题之间有密切的关联,而且往往存在矛盾的关系,例如经济增长与环境保护等。 许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的延迟,因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西,又存在如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的处理带来很大的困难。 新的问题迫切需要有新的方法来处理;另一方面,在技术上由于电子计算机技术的突破使得新的方法有了产生的可能。于是系统动力学便应运而生。 (二)J.W.Forrester等教授在系统动力学的主要成果: 1958年发表著名论文《工业动力学——决策的一个重要突破口》,首次介绍工业动力学的概念与方法。 1961年出版《工业动力学》(Industrial Dynamics)一书,该书代表了系统动力学的早期成果。 1968年出版《系统原理》(Principles of Systems)一书,论述了系统动力学的基本原理和方法。 1969年出版《城市动力学》(Urban Dynamics),研究波士顿市的各种问题。 1971年进一步把研究对象扩大到世界范围,出版《世界动力学》(World Dynamics)一书,提出了“世界模型II”。 1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》(The Limits to Growth)一书,提出了更为细致的“世界模型III”。这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成34种语言,在世界上发行了600多万册。两个世界模型在国际上引起强烈的反响。 1972年Forrester领导MIT小组,在政府与企业的资助下花费10年的时间完成国家模型的研究,该模型揭示了美国与西方国家的经济长波的内在机制,成功解释了美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长的经济问题。(经济长波通常是指经济发展过程中存在的持续时间为50年左右的周期波动) (三)系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段: 1、系统动力学的诞生—20世纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统,初名也就叫工业动力学。这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作,之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理,系统产生动态行为的基本原理。后来,以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究,提出了城市模型。 2、系统动力学发展成熟—20世纪70-80年代 这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题,因此吸引了世界范围内学者的关注,促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。 3、系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今 在这一阶段,SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题,涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 (四)国内系统动力学发展状况 20世纪70年代末系统动力学引入我国,其中杨通谊,王其藩,许庆瑞,陶在朴,胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者。二十多年来,系统动力学研究和应用在我国取得飞跃发展。我国成立国内系统动力学学会,国际系统动力学学会中国分会,主持了多次国际系统动力学大会和有关会议。 目前我国SD学者和研究人员在区域和城市规划、企业管理、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济等应用研究领域都取得了巨大的成绩。 二、系统动力学的原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它是系统科学中的一个分支,是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论,吸收控制论、信息论的精髓,是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学科。从系统方法论来说,系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。 系统动力学是在系统论的基础上发展起来的,因此它包含着系统论的思想。系统动力学是以系统的结构决定着系统行为前提条件而展开研究的。它认为存在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。反馈之间有系统的相互联系,构成了该系统的结构,而正是这个结构成为系统行为的根本性决定因素。

基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践

《基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践》教学大纲 一、课程信息 课程编号: 课程中文名称:基于系统动力学的博弈建模仿真及案例实践 课程英文名称:Modeling and Simulation of Game based on System Dynamics and Case Study 适用专业:计算机软件与理论、计算机应用技术 开课时间:2015.3 总学时: 60(其中理论学时:16,实践学时:44) 总学分: 二、课程内容简介 课程主要介绍了系统科学与复杂理论在经济学博弈论的应用,以及基于系统动力学的社会科学计算机模型。简单介绍系统科学与复杂理论、博弈论方法,及其学科前沿的应用,重点介绍系统动力学基本理论及其应用,针对目前动态博弈的建模仿真问题进行案例讨论。 三、教学目标 该门课程主要培养学员的数学建模思想与计算机仿真手段的综合应用能力,提高学员在各个领域的计算机应用能力,能综合利用计算机仿真手段,分析现实社会中的某些复杂的现象,从而为分析解决现实中的这些问题提供决策支持。该门课程对于计算机网络、数据挖掘、公共安全甚至是社会信息经济等领域等的理论建模方面具有重要的作用。 通过本课程的学习,学员能够学习到以下几点: 1、了解系统科学与复杂理论的基本知识及其应用 2、熟悉博弈论基本理论和经典案例,系统动力学的应用

3、了解基于系统动力学的动态博弈建模仿真的技术实现路线 四、教学方法 课程的讲解从生活中的博弈论引入,以分析解决某个博弈案例为前提,在过程组织上,先介绍案例背景,再阐述分析方法与过程,最后完成博弈案例的建模和仿真的顺序进行,在介绍建模过程的同时穿插系统科学与复杂理论基本知识,简单的动手操作训练,加深理解和掌握。 五、及教学重难点 本课程的重点是系统科学的视角下,利用系统动力学分析动态博弈演化过程,难点是针对具体应用的分析建模、技术实现路线。 六、教学内容及学时安排

系统动力学

目录 第一章绪论 1.1问题的提出 1.2研究的目的及意义 1.3国内外研究现状 第二章系统动力学及库存控制基本理论分析 2.1系统动力学的基本概念 2.1.1系统的概念 2.1.2系统动力学中系统的概念 2.2系统动力学模型结构 2.2.1反馈系统、因果关系图和反馈回路 2.2.2系统动力学流图 2.2.3系统变量 2.2.4系统动力学模型特点 2.3系统动力学建模 2.3.1系统动力学建模原则 2.4库存管理基础理论 2.4.1库存 2.4.2库存的作用 2.5库存控制理论及其模型 2.5.1库存控制 第三章系统动力学模型建立与分析 第四章模型仿真运行及结果分析 4.1系统动力学仿真设计 4.2仿真结果输出 致谢 参考文献

第一章绪论 1.1问题的提出 当今管理问题日益复杂化,促使人们认识、分析、研究、解决问题的思想方法开始从点与线的思考慢慢面向思考和系统化的思考转变。在此背景下,出现了以供应链管理(Supply Chain Management,SCM)为代表的新的管理理论与方法。供应链管理是当前管理学界研究的热点与难点问题,国际上一些著名的企业如IBM、戴尔、海尔等在供应链管理的实践中取得了巨大成就,因而受到管理学家和公司管理人员的极大的推崇。 供应链系统包括原材料供应商、制造商、分销商、零售商、最终客户等。每个组织内部又包含若干职能部门,如产品研发、生产制造、市场营销、人力资源、财务会计、物流运输等。这些职能部门可以看作是相互联系的子系统,他们之间是相互联系,相互制约的关系,而不是独立存在的。推而广之,供应链中的各个组织都具有这种交互关系。子系统与子系统之间的交互关系、系统与外部环境之间的交互关系,决定了供应链系统的复杂性、开放性、动态性和突变性。 供应链库存管理的目的就是使整个供应链系统中各个节点企业的库存波动控制在合理的范围并且使库存水平最小。库存的优化管理可以为企业带来比如减弱牛鞭效应、降低成本、加快资金周转等诸多好处,因此可以说是实现价值链增值的重要环节。但是由于供应链系统的非线性、复杂性以及动态性等特征,库存管理的科学决策很难由以往的直观经验和数学模型获得。系统动力学(System Dynamics,SD)是由美国麻省理工大学的J.W.福瑞斯特(J.W.Forrester)教授于20世纪50年代中期利用系统信息反馈理论为解决社会经济问题而开创的新学科。系统动力学可以根据系统内部各子系统的因果关系构造出具有多重反馈、非线性和时滞性的模型,并可利用计算机仿真来模拟系统的动态变化过程,分析关键因素对系统整体及其内部变量的影响。因此系统动力学方法是研究供应链库存问题行之有效的科学方法。 1.2研究的目的及意义 供应链库存管理不仅仅是一种新型的供应链库存管理模式,更是一

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