系统动力学课件与案例分析系统仿真PPT
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系统仿真及系统动力学(SD)方法课件
详细描述
在因果关系图中,用箭头表示因果关系,箭头的方向表示因果关系的方向,即因在先,果在后。流图则更进一步 地描述了系统中各要素之间的信息流动情况,包括物质流、信息流和能量流等。通过绘制因果关系图和流图,可 以更深入地理解系统的结构和行为。
方程式建立与参数设定
总结词
详细描述
仿真模型的建立与实现系统仿真在各 Nhomakorabea域的应用前景
工业领域
系统仿真将在工业生产、工 艺优化、设备维护等方面发 挥重要作用,提高生产效率 和产品质量。
交通领域
系统仿真将应用于交通规划、 物流优化、交通安全等方面, 提高交通系统的运行效率和 安全性。
环保领域
系统仿真将用于环境监测、 生态保护、污染物治理等方 面,为环境保护提供科学支 持。
模型验证与评估
模型验证 模型评估 模型改进
案例一:经济系统模拟
总结词
通过系统动力学方法模拟经济系统的动 态行为,分析经济系统的结构和机制。
VS
详细描述
利用系统动力学模型,模拟经济系统中各 因素之间的相互作用和影响,如供需关系、 价格波动、政策干预等,帮助决策者更好 地理解经济系统的运行规律,预测未来发 展趋势,制定有效的经济政策。
医疗领域
系统仿真将应用于疾病预测、 治疗方案优化、药物研发等 方面,提高医疗水平和治疗 效果。
• 系统仿真过程及分析 • 系统动力学(SD)方法应用案例 • 系统仿真及系统动力学(SD)方法展望
定义与概念
定义
概念
系统动力学的发展历程
起源
系统动力学最早起源于20世纪50 年代,由美国麻省理工学院的 Jay Forrester教授创立。
发展
经过多年的研究和发展,系统动 力学逐渐成为一种成熟的学科领 域,广泛应用于各个领域的系统 分析和仿真。
在因果关系图中,用箭头表示因果关系,箭头的方向表示因果关系的方向,即因在先,果在后。流图则更进一步 地描述了系统中各要素之间的信息流动情况,包括物质流、信息流和能量流等。通过绘制因果关系图和流图,可 以更深入地理解系统的结构和行为。
方程式建立与参数设定
总结词
详细描述
仿真模型的建立与实现系统仿真在各 Nhomakorabea域的应用前景
工业领域
系统仿真将在工业生产、工 艺优化、设备维护等方面发 挥重要作用,提高生产效率 和产品质量。
交通领域
系统仿真将应用于交通规划、 物流优化、交通安全等方面, 提高交通系统的运行效率和 安全性。
环保领域
系统仿真将用于环境监测、 生态保护、污染物治理等方 面,为环境保护提供科学支 持。
模型验证与评估
模型验证 模型评估 模型改进
案例一:经济系统模拟
总结词
通过系统动力学方法模拟经济系统的动 态行为,分析经济系统的结构和机制。
VS
详细描述
利用系统动力学模型,模拟经济系统中各 因素之间的相互作用和影响,如供需关系、 价格波动、政策干预等,帮助决策者更好 地理解经济系统的运行规律,预测未来发 展趋势,制定有效的经济政策。
医疗领域
系统仿真将应用于疾病预测、 治疗方案优化、药物研发等 方面,提高医疗水平和治疗 效果。
• 系统仿真过程及分析 • 系统动力学(SD)方法应用案例 • 系统仿真及系统动力学(SD)方法展望
定义与概念
定义
概念
系统动力学的发展历程
起源
系统动力学最早起源于20世纪50 年代,由美国麻省理工学院的 Jay Forrester教授创立。
发展
经过多年的研究和发展,系统动 力学逐渐成为一种成熟的学科领 域,广泛应用于各个领域的系统 分析和仿真。
系统动力学课件与案例分析可编辑全文
能改善公司的成长,使得
以指数方式增长。
1企业成长与投资不足案例
❖ 系统边界的确定:划定系统边界应根据建模目的,把那些 与所研究的问题关系密切的重要变量划入系统边界内。在 此案例中,我们主要关注企业成长问题,研究影响企业营 业收入的因素。根据案例介绍因此我们将仅仅研究企业的 生产、市场、销售部门。不涉及其他部门,竞争对手等等。
(16)供应商生产率=DELAY3(供应商生产需求率,生产延迟) 单位:箱/周
2供应链中牛鞭效应
计算机仿真:
使用Vensim软件建立系统流图和填入方程式, 就可以对系统进行仿真。建立仿真模型可以与现 实对照,可以寻求削弱牛鞭效应的策略,可以预 测系统未来的行为趋势。
仿真结果
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
问题识别:本案例主要研究供应链中牛鞭效应,各个供应链 节点库存积压,库存波动幅度比较大,不够稳定,导致供 应链的成本居高不下,失去了竞争优势。因此急需采取措 施来削弱牛鞭效应,从而能够降低整条供应链的成本,建 立稳定的竞争优势。因此本案例通过啤酒游戏来对供应链 进行仿真,从而为寻找较优的供应链结构来削弱牛鞭效应, 降低成本。
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
❖ 建立仿真方程式: (1)市场销售率=1000+IF THEN ELSE(TIME>4,RANDOM
NORMAL(-200,200,0,100,4),0) 单位:箱/周 (2)零售商销售预测=SMOOTH(市场销售率,移动平均时间)
单位:箱/周 (3)零售商期望库存=期望库存持续时间×零售商销售预测
1企业成长与投资不足案例
1企业成长与投资不足案例
❖ 3.那么从上图可以看出正反馈回路使得营业收入增长,但
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。
可编辑课件
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。
可编辑课件
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。
可编辑课件
28
可编辑课件
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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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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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
系统仿真及系统动力学方法课件
系统仿真的应用领域
军事领域
系统仿真在军事领域的应用历史悠久,主要用于武器装备的研发、试验和训练。例如,飞 行模拟器用于飞行员培训,战斗模拟用于战术演练和指挥决策。
航空航天
航空航天领域对系统安全性和可靠性要求极高,系统仿真成为设计、测试和验证飞行器性 能的重要手段。通过仿真,可以减少实际飞行试验的次数,降低研发成本。
02 03
数字化阶段
随着计算机技术的发展,数字化仿真逐渐取代物理仿真,成为主流的系 统仿真方法。数字化仿真具有更高的灵活性和可扩展性,能够方便地模 拟复杂系统的行为。
智能化阶段
近年来,人工智能、大数据等技术的发展为系统仿真带来了新的机遇和 挑战。智能化仿真能够自主学习、优化模型参数,提高仿真的精度和效 率。
THANKS
学生应该掌握如蒙特卡罗方法、离散事 了解如何设计仿真实验、收集数据、分
件仿真等算法,并熟悉系统动力学建模 析结果,并具备基本的仿真优化和决策
方法和工具。
支持能力。
研究前沿与动态
多智能体仿真
随着人工智能技术的发展,多智能体仿真成为系统仿真领域的研究热点。通过构建多智能体仿真模型,可以研究复杂 系统的自组织、自适应和协同行为。
利用系统动力学建立城市交通需求的长期预测模型,考虑人口、经济、政策等多种 因素。
通过系统仿真模拟交通网络的运行状况,包括交通拥堵、延误等。
集成应用案例分析
• 集成两者,可以预测不同政策下交通系统的长期 性能,为政策制定提供决策支持。
集成应用案例分析
案例二:电力系统规划
利用系统动力学分析电力需求的增长趋势以及可再生能源的发展潜力。
未来发展方向与挑战
智能仿真与自主决策
随着人工智能技术的不断发展,智能仿真与自主决策将成为未来系统仿真领域的研究重点。通过融入人工智能技 术,可以构建具有自主学习、自主决策能力的智能仿真系统,提高仿真的智能化水平和自主决策能力。
第四章:系统仿真及系统力学方法PPT优秀课件
The Limits to Growth,D.
Meadows,1972”,“Toward Global
Equilibrium D.Meadows,1974”) 。这些成果引
起了一场令人瞩目、旷日持久的论战。系统动力
学正是在这一番论战中,加速壮大成熟起来。
通信网络: Comnet III等。
Arena
Extend
Automod
SimProcess
FlexSim
Some Useful Links
Arena, / Extend, /
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。 尤其当系统无法通过建立数学模型求解时,仿 真技术能有效地来处理。 (2)仿真是一种人为的试验手段。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)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演 变及其发展过程。
(二)系统仿真方法
系统仿真的基本方法是建立系统的结 构模型和量化分析模型,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。 系统根据其模型表示可以分为: ✓ 连续系统 ✓ 离散事件系统
连续系统
连续系统:其服从于物理学定律(电学、 力学、热学),其数学模型可表示为传 统意义上的微分方程或差分方程。 其系统的状态变量随时间而发生连 续变化。
Extend试用版: /prods_demo.html Witness, / AutoMod学生版 /academic/studentresources.asp AutoMod,/ Promodel(Academic): /academic/ Flexsim
第四章-系统仿真及系统动力学方法ppt课件
4、工作程序
认识 界定 要素及其因 问题 系统 果关系分析
建立结 建立数 仿真 比较与 政策 构模型 学模型 分析 评价 分析
(流图)(DYNAMO方程)
第四章 系统仿真及系统动力学方法
1
系统仿真概述
2 系统动力学结构模型化原理
3
基本反馈回路的DYNAMO 仿真分析
4
DYNAMO函数
5 Vensim_PLE仿真软件
法及步骤 3.熟练应用Vensim进行系统仿真
因果关系图及流图的绘制 DYNAMO仿真
系统仿真及系统动力学方法
➢凡是利用计算机在模型上而不是在真实系统 上进行试验、运行的研究方法都可认为是仿真
➢系统仿真是设计系统的计算机模型,并利用 它进行试验以了解系统的行为或评估系统运用 的各种策略的过程
➢系统仿真包括两个过程:建立模型和对模型 进行实验、运行
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量 化分析模型,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。
1.连续系统仿真
系统中状态变量随时间连续地变化的系统,其系 统模型通常是由微分方程组成,当系统比较复杂 引入非线性因素后,微分方程很难求解,需要采 用仿真方法求解
15
2、蒙特卡罗法简介
举例:PERT网络计划仿真问题:
第一步:每一工作有一工作时间的概率分布(a≤t≤b) 第二步:产生随机数,即给每一工作产生一个随机的
工作时间 第三步:计算网络的工期及工作的时间参数 第四步:返回第二步重新计算
如果计算1000次便可判断各工作可能的各种时间 参数
系统动力学与仿真第一节课课件
在Haug的DADS计算程序的基础上,比利时LMS公 司开发了机械系统运动学与动力学仿真软件 DADS(Dynamic Analysis and Design System)
德国航天局开发的SIMPACK 韩国FunctionBay公司开发的新一代多体系统动力 学仿真软件RecurDyn(Recursive Dynamic)
虚拟样机技术的成功应用范例:波音777飞机的 研制:
波音777飞机的研制采用了全数字化的虚拟样机技术 整机外形、结构件和各飞行系统100%采用三维数字 化定义,100%应用数字化预装配 整个设计制造过程没有完整的模型样机,一次定型 生产成功 波音777成本降低了25%,出错返工率减少了75%, 制造周期缩短了50%
充分利用最新的多体动力学理论基于相对坐标系建模和递归求解开发出recurdyn软件具有令人震撼的求解速度与稳定性传统的动力学分析软件对于机构中普遍存在的接触碰撞问题解决的远远不够完善其中包括过多的简化求解效率低下求解稳定性差等问题难以满足工程应用的需要成功地解决机构接触碰撞中的上述问题极大地拓展了多体动力学软件的应用范围recurdyn不但可以解决传统的运动学与动力学问题同时是解决工程中机构接触碰撞问题的专家拳道起源于朝鲜半岛在公元前一世纪就已经成为了朝鲜人民强身健体的主要方式
机械系统动力学及仿真 软件ADAMS应用
郭良斌 guoliangbin@ 2012.9
第一章 绪
1.1 系统与机械系统
论
一、系统的定义: 系统是由相互联系、相互制约、相互依存的若干 部分结合在一起而形成的具有特定功能和运动规 律的有机整体
系统的特点:
第一,系统的整体性;
第二,系统的相关性;
d T T ( ) QK , (K=1,2, ,3n-s) dt qK qK
系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图,建立相应的数学模型,包括变量、参数、方程 等,描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况,估计模型中的参数值,使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据,验证模型的准确性和有 效性,对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能,支持构建各种类型的系统模型,并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性,支持与其他软件进行集成 和定制开发,满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ,探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学:是一门研究系统动态行为的学科,它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制,从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件,广泛应用于各个领域,如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能,支持构建复杂的系统模型,并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点,使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
系统动力学课件与案例分析
2.系统动力学的原理
系统动力学原理总结:
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。
Contents
3.系统动力学基本概念
而且,主回路并非固定不变,它们往在在诸回路之间随时 间而转移,结果导致变化多端的系统动态行为。
非线性:线性指量与量之间按比例、成直线的关系,在空间 和时间上代表规则和光滑的运动;而非线性则指不按比例、 不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。线性关系是 互不相干的独立关系,而非线性则是相互作用,而正是这 种相互作用,使得整体不再是简单地等于部分之和,而可 能出现不同于“线性叠加”的增益或亏损。实际生活中的 过程与系统几乎毫无例外地带有非线性的特征。正是这些 非线性关系的耦合导致主回路转移,系统表现出多变的动 态行为。
1.系统动力学发展历程
System dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology.
1.系统动力学发展历程
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”。
04系统动力学课件与案例分析
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。
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。
1.系统动力学发展历程
System dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology.
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”。
1.系统动力学发展历程
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。
在我们周围,系统比比皆是。 例如电气的、机械的、热力学的、生物的、社会的、经济的,不胜枚举。
系统动力学所研究的系统范围广泛,可大可小。
大的如 天体运行系统,社会一经济一生态系统,世界能源系统 小的如 城市系统,企业经营管理系统 更小的如 动物的心脏、肺和血液循环的供氧生理系统等。
系统动力学模型课件
系统动力学模型的基本概念
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系统动力学模型的基本概念
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系统动力学模型的基本概念
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系统动力学模型的基本概念
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市场预测
在商业领域,系统动力学模型可以用于预测市场变化,帮助企业制定营销策略 和调整生产计划。例如,预测市场需求、竞争态势、产品生命周期等。
优化决策
资源分配
系统动力学模型可以帮助决策者优化资源分配,提高资源利用效率。例如,在有 限的预算下,合理分配资金、人力、物资等资源,实现效益最大化。
决策支持
系统动力学模型可以为决策者提供决策支持,帮助其分析不同方案的可能影响。 通过模拟不同方案的效果,决策者可以更好地权衡利弊,做出更明智的决策。
详细描述
供应链管理模型通过模拟供应链中供应商、制造商、分销商和零售商等各环节的动态行为,优化供应链的性能, 提高企业的竞争力。该模型可以用于制定采购、生产、物流等方面的策略,降低成本、提高效率。
人口增长模型
总结词
人口增长模型是系统动力学中用于模拟人口增长过程的模型 。
详细描述
人口增长模型通过模拟人口出生率、死亡率、迁移率等动态 因素,预测未来人口数量和结构的变化。该模型可以用于制 定人口政策、资源分配和经济发展等方面的策略,促进人口 与环境的协调发展。
要点二
详细描述
在设定参数与初始条件时,需要依据实际情况和可获取的 数据,为模型中的参数和初始条件进行合理的赋值。这些 参数和初始条件将直接影响模型的模拟结果,因此需要谨 慎选择和验证。
系统动力学课件与案例分析系统仿真PPT
系统动力学采用定性和定量相结合的 方法,通过对系统的结构和行为进行 深入分析,揭示系统的内在规律和动 态行为。
系统动力学的发展历程
20世纪60年代
系统动力学开始应用于城市规划、环境科 学、交通工程等领域。
A 20世纪50年代
美国麻省理工学院的福瑞斯特教授 创立了系统动力学,最初应用于企
业管理领域。
系统动力学课件与案例分析系统仿 真
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学模型 • 系统仿真 • 案例分析 • 结论与展望
01 系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学:是一门研究系统动态行 为的学科,它通过建立动态模型来模 拟系统的行为和性能,并利用这些模 型进行系统分析和优化。
预测与优化
系统动力学和系统仿真能够预测 系统的未来状态,并通过优化模 型参数和结构来改善系统性能, 提高资源利用效率和系统运行效 果。
系统动力学与系统仿真的未来发展
智能化技术
随着人工智能和机器学习技术的发展,系统动力学和系统仿真将进一步智能化,能够自动学习和优化模型参数,提高 模拟的准确性和效率。
详细描述
系统方程式通常采用微分方程或差分方程的形式,描述系统中各变量之间的动态 变化关系。通过建立系统方程式,可以模拟系统的动态行为,并预测未来系统的 状态变化。
03 系统仿真
系统仿真的定义与目的
定义
系统仿真是一种通过建立数学模型和计算机程序来模拟真实系统行为的方法。
目的
系统仿真的目的是为了理解系统的动态行为,预测系统未来的发展趋势,优化系统性能,以及解决复杂系统的问 题。
因果关系图
总结词
因果关系图是系统动力学模型中的另一种可视化工具,用于描述系统中各变量 之间的因果关系。
系统动力学的发展历程
20世纪60年代
系统动力学开始应用于城市规划、环境科 学、交通工程等领域。
A 20世纪50年代
美国麻省理工学院的福瑞斯特教授 创立了系统动力学,最初应用于企
业管理领域。
系统动力学课件与案例分析系统仿 真
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学模型 • 系统仿真 • 案例分析 • 结论与展望
01 系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学:是一门研究系统动态行 为的学科,它通过建立动态模型来模 拟系统的行为和性能,并利用这些模 型进行系统分析和优化。
预测与优化
系统动力学和系统仿真能够预测 系统的未来状态,并通过优化模 型参数和结构来改善系统性能, 提高资源利用效率和系统运行效 果。
系统动力学与系统仿真的未来发展
智能化技术
随着人工智能和机器学习技术的发展,系统动力学和系统仿真将进一步智能化,能够自动学习和优化模型参数,提高 模拟的准确性和效率。
详细描述
系统方程式通常采用微分方程或差分方程的形式,描述系统中各变量之间的动态 变化关系。通过建立系统方程式,可以模拟系统的动态行为,并预测未来系统的 状态变化。
03 系统仿真
系统仿真的定义与目的
定义
系统仿真是一种通过建立数学模型和计算机程序来模拟真实系统行为的方法。
目的
系统仿真的目的是为了理解系统的动态行为,预测系统未来的发展趋势,优化系统性能,以及解决复杂系统的问 题。
因果关系图
总结词
因果关系图是系统动力学模型中的另一种可视化工具,用于描述系统中各变量 之间的因果关系。
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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1.系统动力学发展历程
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。
1.系统动力学发展历程
System dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology.
1.系统动力学发展历程
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”。
1.系统动力学发展历程
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。
若反馈回路包含奇数个负的因果链,则其极性为负。
3.系统动力学基本概念
系统流图:表示反馈回路中的各水平变量和各速率变量相 互联系形式及反馈系统中各回路之间互连关系的图示模型。 水平变量:也被称作状态变量或流量,代表事物(包括物质 和非物质的)的积累。其数值大小是表示某一系统变量在 某一特定时刻的状况。可以说是系统过去累积的结果,它 是流入率与流出率的净差额。它必须由速率变量的作用才 能由某一个数值状态改变另一数值状态。 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。
3.系统动力学基本概念
而且,主回路并非固定不变,它们往在在诸回路之间随 时间而转移,结果导致变化多端的系统动态行为。 非线性:线性指量与量之间按比例、成直线的关系,在空 间和时间上代表规则和光滑的运动;而非线性则指不按 比例、不成直线的关系,代表不规则的运动和突变。线 性关系是互不相干的独立关系,而非线性则是相互作用, 而正是这种相互作用,使得整体不再是简单地等于部分 之和,而可能出现不同于“线性叠加”的增益或亏损。 实际生活中的过程与系统几乎毫无例外地带有非线性的 特征。正是这些非线性关系的耦合导致主回路转移,系 统表现出多变的动态行为。
1.系统动力学发展历程
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。
3.系统动力学基本概念
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。
3.系统动力学基本概念
延迟: 延迟现象在系统内无处不在。如货物需要运输, 决策需要时间。延迟会对系统的行为有很大的影响, 因此必须要刻画延迟机制。延迟包括物质延迟与信息 延迟。系统动力学通过延迟函数来刻画延迟现象。如 物质延迟中DELAY1,DELAY3函数;信息延迟的 DLINF3函数。 平滑: 平滑是指从信息中排除随机因素,找出事物的真实 的趋势,如一般决策者不会直接根据销售信息制定决 策,而是对销售信息求出一段时间内的平均值。系统 动力学提供SMOOTH函数来表示平滑。
+ +
杯中水位
期望水位
水位差 +
决定添水
3.系统动力学基本概念
反馈回路的极性:反馈回路的极性取决于回路中各因果 链符号。回路极性也分为正反馈和负反馈,正反馈回 路的作用是使回路中变量的偏离增强,而负反馈回路 则力图控制回路的变量趋于稳定。 确定回路极性的方法
若反馈回路包含偶数个负的因果链,则其极性为正;
1.系统动力学发展历程
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。
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化, 包括参数优化、结构优化、边界优化。参数优化就是 通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统结构来寻 找较优的系统行为。结构优化是指主要增加或减少模 型中的水平变量、速率变量来改变系统结构来获得较 优的系统行为。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。
1.系统动力学发展历程
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 )
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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
4.系统动力学分析问题的步骤
问题的识别 。
确定系统边界,即系统分析涉及的对象和范围。
建立因果关系图和流图。 写出系统动力学方程。 进行仿真试验和计算等(Vensim软件)。 比较与评价、政策分析。寻找最优的系统行为。
2.系统动力学的原理
系统动力学怎样寻找较优的结构? 系统动力学把系统看成一个具有多重信息因果反 馈机制。因此系统动力学在经过剖析系统,获得深刻、 丰富的信息之后建立起系统的因果关系反馈图,之后 再转变为系统流图,建立系统动力学模型。最后通过 仿真语言和仿真软件对系统动力学模型进行计算机模 拟,来完成对真实系统的结构进行仿真。 通过上述过程完成了对系统结构的仿真,接下来 就要寻找较优的系统结构。
3.系统动力学基本概念
系统动力学一个突出的优点在于它能处理高阶次、 非线性、多重反馈复杂时变系统的问题。 高阶次:系统阶数在四阶或五阶以上者称为高阶次系统。 典 型的社会一经济系统的系统动力学模型阶数则约在 十至数百之间。如美国国家模型的阶数在两百以上。 多重回路:复杂系统内部相互作用的回路数目一般在三个 或四个以上。诸回路中通常存在一个或一个以上起主导 作用的回路,称为主回路。主回路的性质主要地决定了 系统内部反馈结构的性质及其相应的系统动态行为的特 性,
System Dynamics
系统动力学
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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
1.系统动力学发展历程
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:
2.系统动力学的原理
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。
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。
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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
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。
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。