系统动力学的历史与未来.ppt

1 系统动力学 主讲教师 李小林Email xlli 参考书目 2 王其藩 系统动力学 上海财经大学出版社 2009 贾仁安 系统动力学 反馈动态性复杂分析 高等教育出版社 2002约翰 D 斯特曼 JohnD Sterman 著 朱岩等译 商务动态分析方法 对复杂世界的系统思考与建模 2008 北京 清华大学出版社Peter M Senge TheFifthDiscipline钟永光 贾晓菁 李旭 系统动力学 科学出版社 2009 贾仁安 王翠霞 涂国平 邓群钊 规模养种生态能源工程反馈动态复杂性分析 M 科学出版社 2007J W Forrester IndustrialDynamics PrinciplesofSystems UrbanDynamics WorldDynamics增长的极限 德内拉 梅多斯 2006 机械工业出版社 相关网站 3 1 MIT系统动力学小组http sdg scripts mit edu 2 中国学习型组织 3 系统动力学学会http www systemdynamics org 4 系统动力学讨论论坛http www systemdynamics org forum 5 Vensim网站 课程说明 学时 24 8 32课程过程考核方式 考核次数 出勤课堂 课后作业 上机作业小论文报告测验课程成绩构成 出勤 10 作业 10 小论文 10 测验 10 考试 60 课程结课考核方式 笔试 闭卷 4 5 第1章系统动力学的历史与未来 1 1什么是系统动力学1 2国外系统动力学的历史1 3国内系统动力学的发展1 4系统动力学专用模拟语言与软件的发展1 5系统动力学的未来 1 1什么是系统动力学 6 Systemdynamicsisamethodforstudyingtheworldaroundus Unlikeotherscientists whostudytheworldbybreakingitupintosmallerandsmallerpieces systemdynamicistslookatthingsasawhole Thecentralconcepttosystemdynamicsisunderstandinghowalltheobjectsinasysteminteractwithoneanother Theobjectsandpeopleinasysteminteractthrough feedback loops whereachangeinonevariableaffectsothervariablesovertime whichinturnaffectstheoriginalvariable andsoon TheBeginningofSystemDynamics byProf JayW Forrester 1989 7 系统动力学 systemdynamics SD 是系统科学理论与计算机仿真紧密结合 研究系统反馈结构与行为的一门科学 是系统科学与管理科学的一个重要分支 系统动力学认为 系统的行为与特性主要取决于其内部结构 反馈 影响Y 反过来Y通过一系列的因果链来影响X 非线性 高阶次 多重反馈的复杂时变系统往往表现出反直观 千姿百态的动态性 8 引例 城市住宅价格系统 9 1 2国外系统动力学的历史 10 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 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 11 SystemDynamicswascreatedduringthemid 1950sbyProfessorJayW ForresteroftheMassachusettsInstituteofTechnology 12 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 IndustrialDynamics 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 PrinciplesofSystems 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 UrbanDynamics 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 WorldDynamics 一书 提出了 世界模型II Forrester等在系统动力学方面的主要成果 13 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 世界模型背景 14 1972年他的学生梅多斯教授等出版了 增长的极限 TheLimitstoGrowth 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 Forrester等在系统动力学方面的主要成果 15 继世界模型之后 福雷斯特教授等又开始了历时10年以上的美国 国家模型 SystemDynamicsNationalModel 的研究 该模型在宏观经济学和微观经济学之间架起桥梁 成功地研究了通货膨胀和失业等等社会经济问题 并第一次从理论上阐明了西方经济学家长期争论不休的经济长波产生的机制 美国国家模型 美国国家模型 耗资600万美元 方程数4000 代表了系统动力学的最新成果 它标志着系统动力学在理论及应用方面进入了一个更为成熟的阶段 16 第一阶段 SD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 工业动态学 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 系统动力学发展过程大致可分三个阶段 17 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 第二阶段 发展成熟 20世纪70 80年代 18 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 第三阶段 SD广泛应用与传播 20世纪90年代至今 19 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 我国成立中国系统动力学学会 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 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 1 3国内系统动力学的发展 20 1 4系统动力学专用模拟语言与软件的发展 20世纪50年代系统动力学发展初期 用于计算机模拟的编译系统SIMPLE simulationofindustrialmanagementproblemswithlotsofequation DYNAMO dynamicsmodel STELLA iThink Vensim Powersim等 20世纪90年代后 图形化应用软件STELL iT