【正文】 LNTU 系統(tǒng)動力學 System Dynamics Contents 系統(tǒng)動力學發(fā)展歷程 1 系統(tǒng)動力學的原理 2 系統(tǒng)動力學分析問題的步驟 3 系統(tǒng)動力學基本概念 4 5 系統(tǒng)動力學實際案例 ?產生背景： 第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著工業(yè)化的進程，某些國家的社會問題日趨嚴重，例如城市人口劇增、失業(yè)、環(huán)境污染、資源枯竭。這些問題范圍廣泛，關系復雜，因素眾多，具有如下三個特點： ? 各問題之間有密切的關聯(lián)，而且往往存在矛盾的關系，例如經濟增長與環(huán)境保護等。 ? 許多問題如投資效果、環(huán)境污染、信息傳遞等 有較長的延遲，因此處理問題必須從動態(tài)而不是靜態(tài)的角度出發(fā)。 ? 許多問題中既存在如經濟量那樣的定量的東西，又存在如價值觀念等偏于定性的東西。這就給問題的處理帶來很大的困難。 ? 新的問題迫切需要有新的方法來處理；另一方面，在技術上由于電子計算機技術的突破使得新的方法有了產生的可能。于是系統(tǒng)動力學便應運而生 。 ?System dynamics was created during the mid1950s by Professor Jay of the Massachusetts Institute of Technology. ? ： ? 1958年發(fā)表著名論文《工業(yè)動力學 —— 決策的一個重要突破口》，首次介紹工業(yè)動力學的概念與方法。 ? 1961年出版《工業(yè)動力學》 (Industrial Dynamics)一書，該書代表了系統(tǒng)動力學的早期成果。 ? 1968年出版《系統(tǒng)原理》 (Principles of Systems)一書，論述了系統(tǒng)動力學的基本原理和方法。 ? 1969年出版《城市動力學》 (Urban Dynamics)， 研究波士頓市的各種問題。 ? 1971年進一步把研究對象擴大到世界范圍，出版《世界動力學》 (World Dynamics)一書，提出了“世界模型 II”。 ? 1972年他的學生梅多斯教授等出版了《增長的極限》(The Limits to Growth)一書，提出了更為細致的“世界模型 III”。 這個由羅馬俱樂部主持的世界模型的研究報告已被翻譯成 34種語言，在世界上發(fā)行了 600多萬冊。兩個世界模型在國際上引起強烈的反響。 ? 1972年 Forrester領導 MIT小組，在政府與企業(yè)的資助下花費 10年的時間完成國家模型的研究，該模型揭示了美國與西方國家的經濟長波的內在機制，成功解釋了美國 70年代以來的通貨膨脹、失業(yè)率和實際利率同時增長的經濟問題。(經濟長波通常是指經濟發(fā)展過程中存在的持續(xù)時間為 50年左右的周期波動 ) ?系統(tǒng)動力學的發(fā)展過程大致可分為三個階段： 系統(tǒng)動力學的誕生 — 20世紀 5060年代 由于 SD這種方法早期研究對象是以企業(yè)為中心的工業(yè)系統(tǒng)，初名也就叫工業(yè)動力學。這階段主要是以福雷斯特教授在哈佛商業(yè)評論發(fā)表的 《 工業(yè)動力學 》 作為奠基之作，之后他又講述了系統(tǒng)動力學的方法論和原理，系統(tǒng)產生動態(tài)行為的基本原理。后來，以福雷斯特教授對城市的興衰問題進行深入的研究，提出了城市模型。 系統(tǒng)動力學發(fā)展成熟 — 20世紀 7080年代 這階段主要的標準性成果是系統(tǒng)動力學世界模型與美國國家模型的研究成功。這兩個模型的研究成功地解決了困擾經濟學界長波問題，因此吸引了世界范圍內學者的關注，促進它在世界范圍內的傳播與發(fā)展 ,確立了在社會經濟問題研究中的學科地位。 ? 系統(tǒng)動力學廣泛運用與傳播 — 20世紀 90年代 至今 在這一階段 ,SD在世界范圍內得到廣泛的傳播 ,其應用范圍更廣泛 ,并且獲得新的發(fā)展 .系統(tǒng)動力學正加強與控制理論、系統(tǒng)科學、突變理論、耗散結構與分叉、結構穩(wěn)定性分析、靈敏度分析、統(tǒng)計分析、參數(shù)估計、最優(yōu)化技術應用、類屬結構研究、專家系統(tǒng)等方面的聯(lián)系。許多學者紛紛采用系統(tǒng)動力學方法來研究各自的社會經濟問題，涉及到經濟、能源、交通、環(huán)境、生態(tài)、生物、醫(yī)學、工業(yè)、城市等廣泛的領域。 ?國內系統(tǒng)動力學發(fā)展狀況 20世紀 70年代末系統(tǒng)動力學引入我國，其中楊通誼，王其藩，許慶瑞，陶在樸，胡玉奎等專家學者是先驅和積極倡導者。二十多年來，系統(tǒng)動力學研究和應用在我國取得飛躍發(fā)展。我國成立國內系統(tǒng)動力學學會，國際系統(tǒng)動力學學會中國分會，主持了多次國際系統(tǒng)動力學大會和有關會議。 目前我國 SD學者和研究人員在區(qū)域和城市規(guī)劃、企業(yè)管理、產業(yè)研究、科技管理、生態(tài)環(huán)保、海洋經濟等應用研究領域都取得了巨大的成績。 Forrester教授與王其藩在其 MIT辦公室 Contents 系統(tǒng)動力學發(fā)展歷程 1 系統(tǒng)動力學的原理 2 系統(tǒng)動力學分析問題的步驟 3 系統(tǒng)動力學基本概念 4 5 系統(tǒng)動力學實際案例 系統(tǒng)動力學簡介 系統(tǒng)動力學 (System Dynamics) 創(chuàng)始于 1956年，在 20世紀 50年代末成為一門獨立完整的學科，其創(chuàng)始者為美國麻省理工學院（ MIT）的福瑞斯特（ Forrester J. W.）教授。 工業(yè)動力學 系統(tǒng)動力學 定義： 系統(tǒng)動力學是一門 分析研究信息反饋系統(tǒng) 的學科，也是一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的綜合性交叉學科。它是系統(tǒng)科學與管理科學的一個分支，也是一門溝通自然科學和社會科學等領域的橫向學科。 系統(tǒng)動力學是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學科。它是系統(tǒng)科學中的一個分支，是跨越自然科學和社會科學的橫向學科。 系統(tǒng)動力學 基于系統(tǒng)論，吸收控制論、信息論 的精髓，是一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題交叉、綜合性的新學科。 從系統(tǒng)方法論來說，系統(tǒng)動力學的方法是結構方法、功能方法和歷史方法的統(tǒng)一。 系統(tǒng)動力學是在系統(tǒng)論的基礎上發(fā)展起來的，因此它包含著系統(tǒng)論的思想。 系統(tǒng)動力學是以系統(tǒng)的結構決定著系統(tǒng)行為前提條件而展開研究的 。它認為存在系統(tǒng)內的眾多變量在它們相互作用的反饋環(huán)里有因果聯(lián)系。反饋之間有系統(tǒng)的相互聯(lián)系，構成了該系統(tǒng)的結構，而正是這個結構成為系統(tǒng)行為的根本性決定因素。 人們在求解問題時都是想獲得較優(yōu)的解決方案，能夠得到較優(yōu)的結果。所以 系統(tǒng)動力學解決問題的過程實質上也是尋優(yōu)過程，來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)功能 。系統(tǒng)動力學 強調系統(tǒng)的結構并從系統(tǒng)結構角度來分析系統(tǒng)的功能和行為，系統(tǒng)的結構決定了系統(tǒng)的行為。因此系統(tǒng)動力學是通過尋找系統(tǒng)的較優(yōu)結構，來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。 ?系統(tǒng)動力學怎樣尋找較優(yōu)的結構？ 系統(tǒng)動力學把系統(tǒng)看成一個具有多重信息因果反饋機制。因此系統(tǒng)動力學在經過剖析系統(tǒng)，獲得深刻、豐富的信息之后建立起系統(tǒng)的因果關系反饋圖，之后再轉變?yōu)橄到y(tǒng)流圖，建立系統(tǒng)動力學模型。最后通過仿真語言和仿真軟件對系統(tǒng)動力學模型進行計算機模擬，來完成對真實系統(tǒng)的結構進行仿真。 通過上述過程完成了對系統(tǒng)結構的仿真，接下來就要尋找較優(yōu)的系統(tǒng)結構。 尋找較優(yōu)的系統(tǒng)結構被稱作為政策分析或優(yōu)化，包括參數(shù)優(yōu)化、結構優(yōu)化、邊界優(yōu)化。 參數(shù)優(yōu)化就是通過改變其中幾個比較敏感參數(shù)來改變系統(tǒng)結構來尋找較優(yōu)的系統(tǒng)行為。結構優(yōu)化是指主要增加或減少模型中的水平變量、速率變量來改變系統(tǒng)結構來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。邊界優(yōu)化是指系統(tǒng)邊界及邊界條件發(fā)生變化時引起系統(tǒng)結構變化來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。 系統(tǒng)動力學就是通過計算機仿真技術來對系統(tǒng)結構進行仿真，尋找系統(tǒng)的較優(yōu)結構，以求得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。 ? 系統(tǒng)動力學原理總結： 系統(tǒng)動力學把系統(tǒng)的 行為模式看成是由系統(tǒng)內部的信息反饋機制決定的 。通過建立系統(tǒng)動力學模型，利用DYNAMO仿真語言和 Vensim軟件在計算機上實現(xiàn)對真實系統(tǒng)的仿真，可以研究系統(tǒng)的結構、功能和行為之間的動態(tài)關系，以便尋求較優(yōu)的系統(tǒng)結構和功能。 Contents 系統(tǒng)動力學發(fā)展歷程 1 系統(tǒng)動力學的原理 2 系統(tǒng)動力學分析問題的步驟 3 系統(tǒng)動力學基本概念 4 5 系統(tǒng)動力學實際案例 模型 ? 模型 模型是客觀存在的事物與系統(tǒng)的模仿、代表或替代物。它描述客觀事物與系統(tǒng)的內部結構、關系與法則。 如：腦力模型、物理模型、數(shù)學模型、計算機模型或者前述模型的組合。 ? SD模型 SD模型是按照系統(tǒng)動力學理論建立起來的數(shù)學模型，采用專用語言 DYNAMO, Vensim等，借助數(shù)字計算機進行模擬，以處理行為隨時間變化的系統(tǒng)問題。 建模 —— 學習系統(tǒng)動力學的一個重要目的。 ?本節(jié)主要是介紹系統(tǒng)動力學中一些比較重要的概念，以便后面的案例分析。 系統(tǒng)與反饋： 系統(tǒng) : 一個由相互區(qū)別、相互作用的各部分 (即單元或要素 )有機地聯(lián)結在一起，為同一目的完成某種功能的集合體。 反饋 : 系統(tǒng)內同一單元或同一子塊其輸出與輸入間的關系。對整個系統(tǒng)而言，“反饋”則指系統(tǒng)輸出與來自外部環(huán)境的輸入的關系。 系統(tǒng) ? 什么是系統(tǒng)？ 系統(tǒng) 是一個由相互區(qū)別、相互作用的各部分有機地聯(lián)結一起，為同一目的而完成某種功能的集合體。 系統(tǒng)的基本特征： 整體性和層次性 相似性 相關性 ? 在我們周圍，系統(tǒng)比比皆是。 例如電氣的、機械的、熱力學的、生物的、社會的、經濟的，不勝枚舉。 ? 系統(tǒng)動力學所研究的系統(tǒng)范圍廣泛，可大可小。 大的如 天體運行系統(tǒng)，社會一經濟一生態(tài)系