系统动力学的历史与未来ppt课件.ppt

系统动力学SystemDynamics 1 一 系统动力学的历史 系统动力学出现于1956年 创始人为美国麻省理工学院的J W Forrester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 2 一 系统动力学的概述 系统动力学 SysytemDynamics SD 是一门综合了反馈控制理论 信息论 系统论 决策论 计算机仿真和系统分析的试验方法而发展起来的 定性与定量相结合研究复杂系统动态行为的应用科学 属于系统科学与管理科学的一个分支 3 1 1基本观点 系统动力学从系统微观结构入手 构造系统的基本结构 以 白箱 方式模拟与分析复杂系统的动态行为 1 研究对象的前提 系统动力学所研究的系统必须是远离平衡的有序的耗散结构 2 复杂系统及其特性 是具有多变量 多回路的高阶非线性反馈系统 具有复杂性 动态性 延时性 突现性 反直观性等 3 内生的观点 系统行为的性质主要 但非全部 取决于系统内部的结构 即内部的反馈结构与机制 4 二 学习系统动力学的基础知识 2 1系统的概念我国系统科学界对系统一词较通用的定义是 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分 要素 结合而成的 具有特定功能的有机整体 根据概念可以看出 系统的构成必须具备三个基本条件 1 两个或两个以上的要素 2 要素间互相联系 3 能完成某种特定功能 5 系统分类 自然系统 人造系统 开放系统 闭环系统 静态系统 动态系统 实体系统 概念系统 目的系统 行为系统 黑色系统 白色系统 灰色系统离散系统 连续系统 二 学习系统动力学的基础知识 6 模型的概念 模型是所研究的系统 过程 事物或概念的一种表达形式 也可指根据实验 图样放大或缩小而制作的样品 按用途分类 房地产模型 可分为住宅模型 商业模型 户型模型 别墅模型 地标 城市规划模型 区域模型 数字模型 环境景观模型 方案模型 工业模型 可分为军事模型 机械模型 车辆模型 桥梁模型等 按表现形式分类 现代建筑模型 模型 按产品属性分类 商业性质模型 公共建筑设施模型 按技术分类 传统模型 数字化沙盘 多媒体模型 虚拟漫游 半境画模型 互动投影沙盘等 按材料分类 木质模型 水晶模型 ABS树脂模型 金属模型等 模型可以取各种不同的形式 不存在统一的分类原则 按照模型的表现形式可以分为物理模型 数学模型 结构模型和仿真模型 二 学习系统动力学的基础知识 7 模型与系统的关系 一个现实的系统可能由于研究目的的不同 生成不同的模型 模型是对系统的简化和抽象 近似性 可靠性 目的适度 二 学习系统动力学的基础知识 8 系统结构模型化的方法基础 系统结构的矩阵表示 布尔矩阵两种系统结构建模方法 DEMATEL方法和ISM方法 二 学习系统动力学的基础知识 9 有向图的矩阵描述对于一个有向图 我们可以用一个m m方形矩阵来表示 m为系统要素的个数 矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点 系统要素 规定 要素Si对Sj有影响时 矩阵元素aij为1 要素Si对Sj无影响时 矩阵元素aij为0 即对于图1中 m 3即可构成一个3 3的方形矩阵 表示为 10 三 因果回路图 11 三 因果回路图 12 三 因果回路图 1 基本记号 13 四 存量流量图 流图 根据其反映内容不同 可以分为信息流图 资金流图和物流图 1 信息流图 反映系统内部以及系统和环境之间信息的传递关系 2 资金流图 对系统中与资金有关的活动进行模拟 以达到最大限度地降低成本 获得最高收益的目的 3 物流图 模拟系统中物资的流动方向 流量 距离和费用等内容 对研究工厂布局 计算运费 确定运输工具具有重要意义 14 四 存量流量图 15 什么是存量 存量 stock 是指某一指定的时点上 过去生产与积累起来的产品 货物 储备 资产负债的结存数量 如 库存商品 银行存款 固定资产存量类似数学中的积分概念 是一个能够积累的量 在系统中有单位 Stock t Inflow s Outflow s ds stock t0 t0 t 16 什么是流量 流量是指一定时期内发生的某种经济变量变动的数值 它是在一定的时期内测度的 其大小有时间维度出生 迁出 迁入 死亡流量表示存量随时间变化快慢 类似于速率或导数的概念 单位 存量的单位 单位时间d Stock dt Inflow t Outflow t 17 一个例子 例如一个学期共有五个月 开学的时候 父母给你的银行账户转入了10000元 然后每个月都要花掉2000元 但是你找了一份兼职 每个月能够赚1000元 这个问题中 初始存量 10000元流量 1000 2000 1000元存量 10000 5 1000 5000元 18 四 存量流量图 存量流量图的基本要素及其符号状态变量 levelvariable 1 定义 状态变量是描述系统的积累效应的变量 是数学意义上的积分 其值可以在瞬间被测量 2 计算 在某个时间间隔内积累变量等于这个时间间隔与输入流速率和输出流速率差的积 计算公式 LEVEL K LEVEL J INFLOW JK OUTFLOW JK DT 3 符号 在存量流量图中 状态变量用一个矩形符号表示 在矩形内写上变量的名称 如 19 存量流量图的基本要素及其符号速率变量 ratevariable 1 定义描述系统累积效应变化快慢的变量为速率变量 速率变量描述了状态变量随时间变化的情况 是数学意义上的导数 其值不能在瞬间被观测 而是用一段时间内的平均值来表示 2 符号 四 存量流量图 20 存量流量图的基本要素及其符号辅助变量 auxiliaryvariable 1 定义辅助变量是描述决策过程的中间变量 即状态变量和速率变量之间信息传递和转换过程的中间变量 如图b中 库存偏差就是辅助变量 ab 2 符号 符号 圆圈 可省略 四 存量流量图 21 存量流量图的基本要素及其符号常量 constantvariable 定义 在某段时间内 系统内不随时间而变化的量称为常量 常量一般为系统内局部目标或标准 符号 符号 圆圈 可省略 源 sources 与漏 沟 sinks 定义 源与漏代表系统外部的物质 源 是系统外流入系统内的物质 漏 表示系统内流入外部环境中的物质 符号 四 存量流量图 22 五 系统动力学相关软件 Vensim Anylogic Stella ithink PowesimStudioVensim和Anylogic的区别1 应用领域不同Anylogic软件偏工科 主要用于交通 通信 供给 后勤 网络 机械等系统的建模 Vensim软件偏文理综合 主要用于经济 社会 产业 管理 仓储等系统的建模 23 Vensim和Anylogic的区别 2 建模平台与方式不同Anylogic软件是基于Java语言开发的 可视化程度较高 甚至可以进行动画 3d动画仿真演示 Vensim软件则是基于C C 语言开发的 直接在Wi