系统动力学

系统动力学的产生及国内发展进程

摘要：第二次世界大战以后，西方国家产生了很多新问题，急需新的方法、思路来解决，系统动力学应用而生，随着系统动力学在20世纪七、八十年代兴起，被广泛应用于各领域。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。随着系统动力学在我国蓬勃发展，其应用领域日益扩大。但要想形成有中国特色学术体系，我们还有很长路要走。

关键字：发展历程；原理；任务

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：1、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。2、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。

3、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。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。初期它主要应用于工业企业管理。之后,其应用范围日益扩大,几乎遍及各类系统,进入各个领域。在不同的历史阶段,“工业动力学”,“城市动力学”,“世界动力学”相继标志着它的历史发展的主要进程。其中20世纪50-60年代，由于系统动力学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。

（二）系统动力学发展阶段

到了20世纪70-80年代，系统动力学趋向成熟。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；20世纪90年以来，系统动力学得到了广泛运用与传播。在这一阶段, 系统动力学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。

二、系统动力学的原理

（一）基本原理

系统动力学方法本质上是基于系统思维的一种计算机模型方法。一般来说,系统思维方法与系统动力学方法的区别在于:系统思维方法不包括仿真模拟的过程,而系统动力学方法通过对实际系统的建模过程,提供仿真模拟的结果。系统思维方法从根本上区别于传统形式的分析,传统分析着重于将研究对象分成独立的部分,事实上,英文单词analysis的词根意义是/分成几个组成部分0。与之相反,系统思维着重于研究作为系统一个组成部分的研究对象如何与系统的其他组成部分相互作用,系统定义为一系列相互作用产生行为的元素。这意味着,区别于将作为研究对象的系统孤立成一个个越来越小的部分,系统思维方法通过联系越来越多的组成部分之间的相互作用来研究问题。这在某些时候导致了与传统形式的分析截然不同的结论,特别是当研究对象具有动态复杂性,或者与内部和外部有许多反馈的时候。

系统动力学定义复杂系统为高阶次、多回路和非线性的反馈结构。一个系统由单元、单元的运动和信息组成。单元是指系统存在的现实基础,而信息在系统中发挥着关键的作用。依赖信息,系统的单元才能形成结构。单元的运动才能形系统的行为与功能。信息作为一种比较严密的科学概念,直到20世纪初才被人们

所认识、利用。香农(Shannon, C. E. )的信息论对信息的存在性与度量方法进行了定量的数学描述。维纳通过研究生物体的内部调节功能机器系统的自动控制作用发现它们存在着的某些共同规律,把生物系统中的信息反馈概念引入了机器系统,从而建立了控制论。福雷斯特考察了社会经济、生物与生态系统中存在的动力学问题,首先把信息反馈概念应用于社会经济系统。

广义的系统包括开环系统和反馈系统,开环系统的输出对输入仅有响应而没有影响,反馈系统的输出对输入有影响。在开环系统中,过去的行动不会影响未来的行动,但是反馈系统则不然,它要受到系统过去行动的影响。复杂系统中的反馈回路( feedback loop)形成相互联系、相互制约的结构。社会经济系统都是信息反馈系统。就社会经济系统而言,反馈回路联结了关键变量(决策的杠杆作用点)与其周围其他变量的关系。决策导致行动,行动改变系统周围的状态,并产生新的信息)未来新决策的依据,如此循环作用形成反馈回路。

（二）系统动力学分析问题的步骤

1、问题的识别。

2、确定系统边界，即系统分析涉及的对象和范围。

3、建立因果关系图和流图。

4、写出系统动力学方程。

5、进行仿真试验和计算等（Vensim软件）。

6、比较与评价、政策分析，寻找最优的系统行为。

三、系统动力学在国内的发展

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。随着系统动力学在我国蓬勃发展，其应用领域日益扩大。

1986年对于我国系统动力学工作者来说是较为重要的一年,召开了首届全国系统动力学学术交流会,它是对国内系统动力学的引进、发展的一个总结,对今后发展的一个推动。国内系统动力学现状可以概括为这样一句话:我国系统动力学的理论与应用研究水平已进入国际先进行列。尽管国内系统动力学的起步较许多国家为晚,但由于各级领导的支持和几年来广大的系统动力学工作者的共同努力,我国的理论和应用研究水平已跻身于国际先进行列。具体来说可见诸于以下