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。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题，城市发展，企业管理等领域进行了卓有成效的研究，接连发表了《工业动力学》，《城市动力学》，《世界动力学》，《增长的极限》等著作，引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。

在我国关于系统动力学方面的研究始于1980年，后来，陆续做了大量的工作，主要表现如下：

1）人才培养

自从1980年以来，我国非常重视系统动力学人才的培养，主要采用“走出去，请进来”的办法。请进来就是请国外系统动力学专家来华讲学，走出去就是派留学生，如：首批派出去的复旦大学管理学院的王其藩教授等，另外，还多次举办了全国性的讲习班。

2）编译编写专著

组织专家编译了《工业动力学》，《城市动力学》等。

编写专著有：王其藩著《系统动力学》，《高级系统动力学》；胡玉奎著《系统动力学》，王洪斌著《系统动力学教程》，贾仁安著《系统动力学教程》等。

3）引进专业软件

引进的软件有：MICRO-DYNAMO，DYNAMAP2，DYNAMO I∏

∏，STELLA，

⋅

PD PLUS等，近几年又引进的最先进实用的VENSIM专业软件。并自行研制了一些专用软件。

4）新设课程

新开设了系统动力学专业课程。在几十所大学的管理系或管理学院以及科研单位的研究生开设了系统动力学课程。

5）组织机构与学术会议

于19 年成立了全国系统动力学委员会。组建了一些专门研究机构和教学机构。开展了许多专项研究工作。建立了国家总体系统动力学模型，省和地区的发展战略研究系统动力学模型，省级能源，环境预测系统动力学模型及科技，工业，农业林业等行业发展战略研究系统动力学模型等。

1986年8月，在上海召开的“全国系统动力学学术研讨会“上，140多名代表提交了95篇有关系统动力学理论和应用研究方面的论文。1987年6月，在上海召开的国际学术会议上我国代表交流了29篇论文，占会议论文数的45%。1988年7月，美国圣迭戈召开了国际学术年会，我国有十名代表参加，交流论文十多篇。1989年7月，在西德斯图加特召开的国际学术年会上，我国学者交流论文14篇，有4人参加会议。

目前，在我国系统动力学已经发展成熟，并正向深入和全面应用延伸，形成了一支强大的研究力量，发展趋势看好，有理由相信，系统动力学必将在我国社会，经济，科技，管理和生态等领域的研究中发挥更大作用。

第2节系统动力学的基础知识

系统动力学模型建立的基本知识，基本原理主要有：因果关系图，模型流图及模型的组成等。现分别介绍。

2.1 因果关系

1 因果关系

因果关系是指由原因产生某结果的相互关系。从哲学角度讲，原因和结果是揭示客观事物的因果联系的重要哲学概念，它们是客观事物普遍联系和相互作用的表现形式之一。原因是某种事物或现象，是造成某种结果的条件；结果是原因所造成的事物或现象，是在一定阶段上事物发展所达到的目标状态。

通常用箭头线来表示，它有正因果关系和负因果关系两种，如图

9—1。

P

169

原因结果

+ 就业机会E 迁入人口数I

- 死亡率R 总人口数P 正因果关系：两个变量呈同方向变化趋势，如：E增加，I增加；

E减少，I减少。

负因果关系：两个变量呈异方向变化趋势，如：R增加，P减少；

R减少，P增加。

2）因果关系环图

因果关系环图是指由两个或两个以上的因果关系连接而成的闭

合回路图示。它定性描述了系统中变量之间的因果关系。它有正负因

果关系环图两种，如图9—3，图9--4所示：

P

169

正因果关系环图：它会引起系统内部活动加强。

准则：若各因果关系均为正，则该环为正因果关系环；

若各因果关系为负的个数是偶数时，则该环也为正因

果关系环。