第五章系统动力学方法
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4. 工作程序
认识 问题
界定 系统
要素分析及其 因果关系分析
仿真分析 比较与评价
建立量化 分析模型 (DYNAMO方程)
政策分析
建立结 构模型
(流图)
第二节 系统动力学结构模型化原理
一、基本原理
首先通过对系统的观察,采集有关对象系统状态的信息,随后使用有关信息进行决策。决 策的结果是采取行动。行动由作用于实际系统,是系统发生变化。这种变化又为观察者提供性 的信息,从而形成系统中的反馈回路见图1所,用SD流图表示为图2。
室温
热风调节
正反馈
❖ 相反,正反馈环总是加大环内的偏差或扰动,它具有不平 衡、不断增长的特性。例如在人口系统中,人口数增加了 ,每年所出生的人就增加,这就使人口数按指数规律很快 的增长下去。这样,从“人口数”到“每年出生的人”又 返回到“人口数”之间就存在一个正反馈。增强而不是抵 消环中某个元素的变化是所有正反馈环的共同特征。
+
+
每年出 生人口
人口
+
利率
利息 (元/年)
(+)
+
银行 货币
期望库存
—
库存差
读者意见
—
+
库存量 (—)
+
偏见
有效的 读者意见
(—)
+
对服务质量 的重视程度
+ 订货
延迟
❖ 系统动力学的另一个基本点是延迟。延迟也是普遍存在的 ,物理学认为“在宏观的自然界中不存在突变”。一般来 说,原因并非立即就能产生结果,往往某个原因经过了一 段时间才能作用产生了效果。比如在调节室温的过程中, 空调机马力加大以后,室温不会马上就上升。要经过一定 的热传导的过程,热量不断积累,才会使室温上升。
决策
信息
行动
系统状态 图1
信息
决策函数 速率变量
水准变量 (系统状态)
图2
可以归纳出SD的四个基本要素、两个基本变量和一个基本核心思想。
四个基本要素——状态或水准、信息、决策或速路、 行动或实物流
两个基本变量——水准变量、速率变量 一个基本思想——反馈控制
说明:信息流源于对象系统的内部,实物流源于系统外部; 信息是决策的基础,通过信息流形成反馈回路是构造
负反馈
❖ 室温高,则热风量应减小,可在室温对热风调节影响的箭 头上加一个负号。反之,热风量大,则室温增加,可在热 风调节对室温影响的箭头上加一个正号。从整体上看,室 温影响热风量,热风量又影响了室温。从室温回到了室温 ,这就是一个反馈关系。另一方面,这些互相影响是相互 制约的。因为温度高,则热风量减小,使室温降低。反之 ,室温低,则增大热风量,使室温升高。这种关系称为负 反馈。图中用一个带负号的环来表示,这个环称为负反馈 环,此处,负反馈环的目的_ 是使室温接近恒定的温度。
3. 模型特点
多变量。由SD动态系统的动态性和复杂性所决定的。 定性分析与定量分析相结合。SD模型由结构模型(流图)和数学模型 (DYNAMO方程)组成。 以仿真实验为基本手段和以计算机为工具。其实质为一种计算机仿真分析方法, 是实际系统的实验室。 可以处理高阶次、多回路、非线性的事变复杂系统问题。
70年代以来,SD经历两次严峻的挑战并走向世界,进入蓬勃发展时期。
第一次挑战(70年代初到70年代中):SD与罗马俱乐部一起闻名于世,走向 世界,主要标志为两个世界模型的研制与分析。
第二次挑战(70年代初到80年代中):对美国全国SD模型的研制和对美国与整 个西方国家经济长波问题的研究。
近年来,SD正在称为一种新的系统工程方法论和重要的模型方法,渗透到许多 领域,尤其在国土规划、区域开发、环境治理和企业战略研究等方面。
因果箭,则整条因果链是负的因果链,否则,该条因果链为极性正。 因果反馈回路:原因和结果的相互作用形成因果关系回路(因果反馈回
路)。是一种封闭的、首位相接的因果链,其极性判别如因果链。
反馈
❖ “反馈”是指信息的传送和返回。“反馈” 一词的重点是在“返回”上。
❖ 反馈的概念是普遍存在的。以取暖系统产生 热量温暖房间为例,屋内一个和它相连的探测器 将室温的信息返回给取暖系统,以此来控制系统 的开关,因此也控制了屋内的温度。室温探测器 是反馈装置,它和炉子、管道、抽风机一起组成 了一个反馈系统。
2. 研究对象
社会(经济)系统
该类系统的特点: 社会系统中存在着决策环节。社户系统的行为总是经过采集信息,并按照某个政
策进行信息加工处理作出决策后出现的,决策是一个经过多次比较、反复选择、优化的 过程。
社会系统具有自律性。社会系统因其内部固有的“反馈机构”而具有自律性。 社会系统的非线性。非线性指社会现象中原因和结果之间所呈现初的极端非线性 关系。如:原因和结果在时间和空间上的分离性、出现事件的意外性、难以直观性等。
目的在于综合控制论、信息论和决策论的成果,以 计算机为工具,分析研究信息反馈系统的结构和行为。
SD的出现始于20世纪50年代后期,当时,主要应用于工商企业管理,处理诸如
生产与雇员情况的波动、企业的供销、生产与库存、股票与市场增长的不稳定等问 题,并创立“Industrial Dynamics”(1959)。此后在整个60年代,动力学思想和 方法的应用范围逐渐扩大,出现了“Principles of Systems”(1968)。总结美国城 市兴衰问题的理论与应用研究成果的“Urban Dynamics”(1969)和著名的 “World Dynamics”(1971)。1972年正式提出“Systems Dynamics”。从20世纪 50年代末到70年代初的十多年,是SD成长的重要时期。
SD模型的重要环节。
基本思想
❖ 系统动力学的基本思想是充分认识 系统中的反馈和延迟,并按一定的规则 从因果关系图逐步的建立系统动力学流 式图的结构模式。
二、 因果关系图和流程图
1.因果关系图 因果箭:连接因果要素的有向线段。箭尾始于原因,箭头终于结果。因
果关系有正负极之分。正(+)为加强,负(—)为减弱。 因果链:因果关系具有传递性。在同一链中,若含有奇数条极性为负的
系统动力学方法 (Systems Dynamics)
系统动力学方法
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
系统动力学的发展以及特点 系统动力学结构模型化原理 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析 DYNAMO函数 应用举例
Baidu Nhomakorabea
第一节 系统动力学的发展及特点
1.简 介
系统动力学(Systems Dynamics,SD)是美国麻省 理工学院(MIT)佛雷斯特(J.W.Forrester)教授最早 提出的一种对社会经济问题进行系统分析方法论和定性 与定量相结合的分析方法。