系统工程3系统模型与仿真

系统模型与仿真王效俐博士Xlwang_tj@；65981366（办）一引言系统、模型、仿真是一根链条上的三个环节，是一个工作程序的三个步骤。

研究系统要借助模型，有了模型要进行运作仿真。根据仿真的结果，修改模型，再进行仿真……。根据一系列的仿真结果，得出现有系统的调整、改革方案或新系统的设计、建造方案。系统模型是对于系统的描述、模仿和抽象，它反映系统的物理本质与主要特征。系统模型高于实际的某一个系统而具有同类系统的共性。

模型方法是系统工程的基本方法。研究系统一般都要通过它的模型来研究，有些系统只能通过模型来研究。在系统工程中，模型是系统的代名词。我们说一个模型，就代表着一类系统，反过来，我们说一个系统，就意味着使用它的一种模型。构造模型是为了研究系统的原型，因此，对模型一般有如下的要求：二系统模型的定义和作用（1）真实性：模型反映系统的物理本质。（2）简明性：模型反映系统的主要特征，简单明了，易于求解。

（3）完整性：系统模型应该包括目标与约束两个方面。（4）规范化：尽量采用现有的标准形式，或对于标准形式的模型加以某些修改，使之适合新的系统。模型的作用不在于、也不可能表达系统的一切特征，而是表达它的主要特征，特别是表达最需要知道的那些特征。所以建立模型需要在真实性和简明性之间权衡。模型的完整性主要体现在建立一个系统的需要和可能两个方面，而规范化则是强调对已有模型的使用，且隐含着综合就是创造的理念。三系统模型的分类物理模型数学模型实体模型比例模型模拟模型解析模型逻辑模型网络模型图象与表格信息网络与数字化模型概念模型研究的速度、修改的方便性现实感、费用系统模型分类与特征比较分类方法一分类方法二同构模型同态模型形象模型模拟模型符号模型数学模型启发式模型白箱模型灰箱模型黑箱模型按相似程度分按结构特性分按对对象的了解程度分模型分类模型库与模型体系直接分析法数据分析法（横断面数据）

情景分析法专家法（如Delphitechnique）1.数学模型的构建（一般步骤）（1）明确目标（2）找出主要因素，确定主要变量（3）找出各种关系（4）明确系统的资源和约束条件四系统模型的构建（5）用数学符号、公式表达各种关系和条件（6）代入数据进行计算，检查模型是否反映所研究的问题（7）简化和规范模型的表达形式

对模型进行修正与简化的方法：（1）去除一些变量（2）合并一些变量（3）改变变量的性质（4）改变变量之间的函数关系（5）改变约束条件2.模拟模型的构建（1）物理模拟模型例7-4：某公司拥有几个加工厂，它们的位置已知。现公司想建造一个转运仓库，要使运输的总费用最小。问这个仓库应设何处？W1W2W3WnS1S2S3SSnS1S2S3SSnw2w3w1wn（2）电路系统与机械系统的相似性例7-5：设有质量-阻尼-弹簧系统（MNK）如下图所示，试建立其微分方程与状态方程。MKNF(t)yO解：根据牛顿第二定律有整理得：如果记则有：即如果记则有例7-6：一个由电感、电阻与电容组成的电路（LCR系统）。表7-4：相似系统的对应关系系统仿真的概念系统仿真的目的

系统仿真的过程：建立模型和对模型进行实验、运行系统仿真的类型：物理仿真、数字仿真、物理-数字仿真圣达菲研究所网址：，该研究所开发了一个名为SWARM软件平台，为各种模拟工具提供了方便易用的手段和环境。五系统仿真TheSwarmSimulationSystem:AToolkitforBuildingMulti-AgentSimulationsSwarmisamulti-agentsoftwareplatformforthesimulationofcomplexadaptivesystems.IntheSwarmsystemthebasicunitofsimulationisthe“swarm,”acollectionofagentsexecutingascheduleofactions.Swarmsupportshierarchicalmodelingapproacheswherebyagentscanbecomposedofswarmsofotheragentsinnestedstructures.Swarmprovidesobject-orientedlibrariesofreusablecomponentsforbuildingmodelsandanalyzing,displaying,andcontrollingexperimentsonthosemodels.Swarmiscurrentlyavailableasabetaversioninfull,freesourcecodeform.ItrequirestheGNUCCompiler,Unix,andXWindows.MoreinformationaboutSwarmcanbeobtainedfromourwebpages：/projects/swarm/MIT斯隆管理学院的福瑞斯特在其创立的系统动力学中提出了一种系统仿真方法，在社会经济系统研究中得到了比较广泛的应用。AboutVensimVensimisavisualmodelingtoolthatallowsyoutoconceptualize,document,simulate,analyze,andoptimizemodelsofdynamicsystems.Vensimprovidesasimpleandflexiblewayofbuildingsimulationmodelsfromcausallooporstockandflowdiagrams.Byconnectingwordswitharrows,relationshipsamongsystemvariablesareenteredandrecordedascausalconnections.ThisinformationisusedbytheEquationEditortohelpyouformacompletesimulationmodel.Youcananalyzeyourmodelthroughoutthebuildingprocess,lookingatthecausesandusesofavariable,andalsoattheloopsinvolvingthevariable.Whenyouhavebuiltamodelthatcanbesimulated,Vensimletsyouthoroughlyexplorethebehaviorofthemodel.Vensim是由美国VentanaSystems,Inc.所开发，为一可观念化、文件化、模拟、分析、与最佳化动态系统模型之图形接口软件。Vensim可提供一种简易而具有弹性的方式，以建立包括因果循环(casualloop)、存货(stock)与流程图等相关模型。

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