系统动力学第一章.ppt

1 系统动力学 张冬青Email hollycase 2 系统动力学的应用 世界模型20世纪70年代 世界工业生产呈指数增长 而金融与经济却处在周期性衰退 通货膨胀 人口迅速增长 城市人口发展失控 就业困难 非再生自然资源消耗呈指数增长 资源日渐枯竭 生态环境恶化 罗马俱乐部探索产生这些问题的原因 寻求未来世界与人类摆脱困境的出路 由于这些问题涉及社会 经济和技术等因素 而且这些因素之间呈现错综复杂的关系 鉴于当时一些常用的理论方法 工具难以解决 他们求助于SD 3 系统动力学的应用 美国国家模型20世纪70年代 Forrester教授又对美国国家模型进行研究 建立了方程式多达4000的美国国家系统动力学国家模型 该模型把美国的社会 经济问题作为一个整体加以研究 揭开了当时一些令经济学家困惑的问题 如通货膨胀 失业率和实际利率同时增长的问题 其最有价值的研究成果是揭示了美国与西方国家经济长波 longwave 形成的内在原因 4 参考文献 王其藩 系统动力学 上海 上海财经大学出版社 2009 钟永光 贾晓菁 李旭 系统动力学 北京 科学出版社 2009 普通高校教育 十一五 国家级规划教材 J W Forrester 系统原理 1986 清华版译本 J W Forrester 工业动力学 1985 科学版译本 蔡林 系统动力学 在可持续发展研究中的应用 北京 中国环境科学出版社 2008 俞金康 系统动态学原理及其应用 北京 国防工业出版社 1993 谭惠民 系统动力学 北京 国防工业出版社 1989 5 参考文献 苏懋康 系统动力学原理及应用 上海 上海交通大学出版社 1988 都兴富 系统动力学原理及其应用 成都 西南财经大学出版社 1989 系统动力学在中国 喻学恒 系统工程理论与应用第一卷 系统动力学 武汉 武汉大学出版社 1988 胡玉奎 系统动力学 战略与策略实验室 杭州 浙江人民出版社 1988 6 主要内容 系统动力学概论基本概念和构模主要过程与步骤系统动力学构模原理 方法及模型体系的演进Vensim建模基础一阶系统二阶系统简单系统的振荡系统动力学模型的建立模型的调试 改进与检验系统动力学实际应用系统动力学最新发展与未来展望 7 第一章系统动力学概论 8 本章主要内容 1 1系统动力学概念1 2系统动力学发展历史1 3系统动力学在我国的发展1 4专用模型语言与软件的发展 9 1 1系统动力学概念 系统动力学 systemdynamics SD 是基于系统科学理论 采用定性与定量相结合的方法 从系统微观结构入手 借助计算机模拟技术来分析系统内部结构与其动态行为的关系 并寻觅解决问题的对策的一门学科 10 1 2系统动力学发展历史 系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段 第一阶段 20世纪50 60年代SD学科的诞生SD起源于1956年 创始人是MIT的J W Forrester教授 SD的初期主要用于工业企业管理 这一阶段明确了结构的概念 即从反馈环或系统子结构的角度来认识系统 主要研究平衡条件的变动对稳态的影响 而不是增长或衰减等瞬态过程 系统概念在社会科学中得以巩固 有关系统原理的教材及实验手段得到普及 SD主要致力于公司的政策修订 11 1 2系统动力学发展历史 第一阶段 20世纪50 60年代SD学科的诞生代表性成果ForresterJW IndustrialDynamics ABreakthroughforDecisionMakers J HarvardBusinessReview 1958 36 4 37 46 ForresterJW IndustrialDynamics M CambidgeMA ProductivityPress 1961 ForresterJW PrinciplesofSystems M CambidgeMA ProductivityPress 1968 ForresterJW UrbanDynamics M CambidgeMA ProductivityPress 1969 12 1 2系统动力学发展历史 第一阶段 20世纪50 60年代SD学科的诞生应用领域主要是工业企业管理领域 如生产与雇员情况的波动 市场股票与市场增长的不稳定性 涉及市场销售 初步提到 牛鞭效应问题 R D项目管理 财务金融等方面 13 1 2系统动力学发展历史 第二阶段 20世纪70 80年代的发展成熟这一阶段为SD的进一步发展奠定了基础 迈开了由理论走向实际应用的重要步伐 一些重要的专著 如Forrester教授的 城市动力学 世界动力学 Meadows教授等的 增长的极限 等相继问世 这一阶段SD的研究领域已远远超出工业系统的范围 对于反馈过程 SD并不拘泥于数学上复杂的反馈理论 而作出了简明的实用解释 强调实用性 这一阶段以世界模型和美国国家模型最为著名 14 1 2系统动力学发展历史 第二阶段 20世纪70 80年代的发展成熟代表性成果 1 ForresterJW WorldDynamics 2nded M CambidgeMA ProductivityPress 1971 2 MeadowsDL MeadowsDW RandersJ BhrensWW TheLimitstoGrowth aReportfortheClubofRome sProjectonthePredicamentofMankind M NewYork UniverseBooks 1972 3 MeadowsDL MeadowsDWeds TowardGlobalEquilibrium CollectedPapers M CambidgeMA ProductivityPress 1974 4 MassNJ ReadingsinUrbanDynamicsVol1 M CambidgeMA ProductivityPress 1974 15 1 2系统动力学发展历史 第二阶段 20世纪70 80年代的发展成熟代表性成果 5 SchroederWW SweeneyRE AlfeldLE eds ReadingsinUrbanDynamicsVol M CambidgeMA ProductivityPress 1975 6 AlfeldLE GrahamAK IntroductiontoUrbanDynamics M CambidgeMA ProductivityPress 1976 16 1 2系统动力学发展历史 第二阶段 20世纪70 80年代的发展成熟应用领域世界模型国家模型项目管理领域 17 1 2系统动力学发展历史 第三阶段 20世纪90年代至今SD广泛应用与传播SD在世界范围内得到广泛的传播 其应用范围更广泛 目前SD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 美 英 法 联邦德国 日本等国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 18 1 2系统动力学发展历史 第三阶段 20世纪90年代至今SD广泛应用与传播代表性成果 1 Abdel HamidTK MadnikSK SoftwareProjectDynamics AnIntegratedApproach M EnglewoodCliffsNJ PrenticeHall 1991 2 StermanJD ModelingManagerialBehavior MisperceptionsofFeedbackinaDynamicDecisionMakingExperiment J ManagementScience 1989 35 3 321 339 3 MeadowsDL MeadowsDW RandersJ BeyondtheLimits ConfrontingGlobalCollapse EnvisioningASustainableFuture M PostMillsVT ChelseaGreen 1992 4 Senge peterM TheFifthDisciplineFieldbook StrategiesandToolsforBuildingalearningOrganization M NewYork DoubledayCurrency 1990 19 1 2系统动力学发展历史 第三阶段 20世纪90年代至今SD广泛应用与传播应用领域 1 项目管理领域 2 物流与供应领域 3 宏观领域 4 复杂性科学领域 5 学习型组织理论 20 1 3系统动力学在我国的发展 1 应用领域80年代初 2000年的中国 研究中的 我国长期发展趋势 建立SD中国国家模型 随后有 SD在科研管理中的应用 科技 教育 经济综合动态系统的理论和模型 高技术条件下科技 经济 教育协调发展研究 可持续发展的数学模型与仿真理论与应用研究 珠海市宏观经济系统动力学模型 货币政策决策支持模型系统 中国人民银行系统动力学长期经济预测模型 复杂系统特性研究及其在经济系统中的应用 等等 21 1 3系统动力学在我国的发展 2 理论领域我国学者在理论方面的研究 主要是以SD理论为主框架 综合应用多种理论和方法的综合分析动态研究方法 1 SD和图论相结合应用图论分析方法给出SD的流量图的极大出树及反馈回路一种确定方法 建立了系统动力学的流率基本入树建模法 枝向量行列式矩阵反馈环计算法 得到另一种系统动力学规范化建模方法 基于入树结构理论的建模方法 2 SD和GA算法结合利用GA算法来研究系统结构的变化 22 1 3系统动力学在我国的发展 3 我国学者在SD方面代表性文献 1 王其藩 系统动力学 M 北京 清华大学出版社 1994 2 王其藩 高级系统动力学 M 北京 清华大学出版社 1995 3 王其藩 复杂大系统综合动态分析与模型体系 J 管理科学学报 1999 2 2 15 19 27 4 宋世涛 魏一鸣 范英 中国可持续发展问题的系统动力学研究进展 J 中国人口 资源与环境 2004 14 2 42 48 23 1 3系统动力学在我国的发展 3 我国学者在SD方面代表性文献 5 贾仁安 伍福明 徐南孙 SD流率基本入树建模法 J 系统工程理论与实践 1998 18 6 90 95 6 贾仁安 丁荣华 系统动力学 反馈动态性复杂分析 M 北京 高等教育出版社 2002 7 胡玉奎 韩于羹 曹铮韵 系统动力学模型的进化 J 系统工程理论与实践 1997 10 132 136 8 程进 王华伟 何祖玉 基于遗传算法的系统动力学仿真模型研究 J 系统工程 2002 20 3 77 80 24 1 4专用模拟语言与软件的发展 1 DYNAMO系列模拟语言在20世纪50年代SD发展初期 出现了DYNAMO DynamicMo