系统动力学
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系统动力学
所以，引入辅助方程，将复杂的方程分解简化，由系 列方程替代一个复杂的方程，使用起来清晰明确。
具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算 辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
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27
⑷常量方程
简单数来，常量方程就是给常量赋值：
Ci=Ni Ci：常数名称 Ni：常数值
支。
等。
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7
2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。
人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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5
Contents
1 2 3 4 5
系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
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6
2、系统动力学的基本原理
注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。
⑸初值方程
初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。
Li=Mi
Li：初始值名称
Mi：初始的数值
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
政策分析与模型使用
修改模型
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具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算 辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
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⑷常量方程
简单数来，常量方程就是给常量赋值：
Ci=Ni Ci：常数名称 Ni：常数值
支。
等。
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2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。
人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
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2、系统动力学的基本原理
注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。
⑸初值方程
初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。
Li=Mi
Li：初始值名称
Mi：初始的数值
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
政策分析与模型使用
修改模型
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系统动力学九种模型
系统动力学九种模型标题：系统动力学九种模型：一种掌握复杂系统行为的有力工具引言：系统动力学是一门研究动态系统行为的学科，旨在通过模型和模拟来分析和预测系统的行为。
在系统动力学中，有九种常用的模型，它们分别从不同角度和层次探索和描述系统的行为。
本文将深入探讨系统动力学中的九种模型，并分享对这些模型的观点和理解。
第一部分：系统动力学简介与基本概念1.1 系统动力学的定义和应用领域1.2 动态系统和反馈环路的基本概念第二部分：系统动力学九种模型的介绍与分析2.1 流量模型：描述物质或信息在系统中的流动2.2 资源积累模型：描述资源的积累和消耗2.3 优先水平与延迟模型：描述不同的优先级和延迟对系统行为的影响2.4 饱和非线性模型：描述系统在达到饱和点后的行为变化2.5 非线性积分模型：描述系统内部非线性交互对整体行为的影响2.6 动态变化和叠加模型：描述系统多个变量之间的相互作用与叠加效应2.7 时滞模型：描述系统行为中存在的时间滞后和延迟2.8 分层模型：描述系统中的层次结构以及不同层次之间的相互作用2.9 非线性交互模型：描述系统中多个元素之间的非线性相互作用第三部分：系统动力学九种模型的应用案例分析3.1 商业经济领域中的应用案例3.2 环境与能源管理中的应用案例3.3 社会系统中的应用案例3.4 健康医疗领域中的应用案例第四部分：总结与回顾性内容4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾4.2 对应用案例的总结与反思结论：系统动力学九种模型是一种有力的工具，能够揭示系统行为的本质和规律。
通过对这些模型的研究和应用，我们能够更深入地理解和预测复杂系统的行为。
在不同领域的实践中，系统动力学九种模型已经取得了许多成功的应用案例。
然而，我们也要意识到这些模型只是对现实世界的近似和抽象，对复杂系统行为的完整描述还需要我们的不断深入研究和探索。
（2000字）4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾在前面的章节中，我们对系统动力学九种模型进行了详细的介绍。
系统动力学模型
如：
用
表示。
系统动力学的建模步骤
例1：建立“一阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
例2,: 建立“二阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
思考题
• 物流系统的系统动力学模型构建
• 决策变量（又称流率）（r）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应变化快慢的变 量，其具有瞬时性的特征。
——反映单位时间内物质流动或信息流量的增加或 减少的量
——相对量、速度、微积分中的变化率等
决策变量符号表示：
注 意：
(3) 常数：描述系统中不随时间而变化的量，
用
表示。
如：
(4) 辅助变量：从信息源到决策变量之间，起到辅助表达信息反 馈决策作用的变量。
——流图能反映出物质ห้องสมุดไป่ตู้积累值和积累效应变化快慢的区别
2. 流图 :
流图确定反馈回路中变量状态发生变化的机制，明确表 示系统各元素间的数量关系，反映物质链与信息链的区 别，能够反映物质的积累值及积累效应变化快慢的区别。
(1). 物质链与信息链
物质链：系统中流动的实体，连接状态变量 是不使状态值变化的守恒流。
物质链符号表示：要素A→要素B
• 信息链：连接状态和变化率的信息通道，是与因果关系相连 的信息传输线路。
信息链符号表示：A O···→B
（2）状态变量与决策变量
• 状态变量（又称流位）（x）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应的变量，表 征系统的某种属性，有积累或积分过程的量
—— 绝对量、位移、微积分中的积分量等
1. 因果关系图: 2. 因果链：
3. 反馈回路：
综合“因果关系图”：
系统动力学
1.系统动力学基本概念
因果关系图：
表示系统反馈结构的重要工具，因果图包 含多个变量，变量之间由标出因果关系的 箭头所连接。变量是由因果链所联系，因 果链由箭头所表示。
杯中水位 + 斟水速率 + + 决定添水 水位差 + 期望 水位
因果链极性：
每条因果链都具有极性，或者为正(+)或者 为负（-）。
反馈回路的极性：
反馈回路的极性取决于回路中各因果链符 号。回路极性也分为正反馈和负反馈，正 反馈回路的作用是使回路中变量的偏离增 强，负则趋于稳定。
1.系统动力学基本概念
系统动力学模型流图：是指由专用符号组成用以表示因果关
系环中各个变量之间相互关系的图示。专用符号主要如下
1.系统动力学基本概念
状态变量：代表事物(包括物质和非物质的)的积累。其数值大小是表
系统流图
公路货物运输系统流图，如图所示
公路货物运输系统用公路货运量 ( LGLHY) 总人口数 ( LZRK ) 和GDP 作 为每个子系统的状态变量，分别用公路货运量年增长量 ( DHY) 年净增 人口数 ( DRK ) GDP 年增长量 ( DGDP ) 作为速率变量，其他变量均为 辅助变量
Contents
系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学的应用
1 2
3
5
3.系统动力学的应用
系统动力学以一种结构性的视角，通过对各种系统关 系进行精确的定量分析研究解决问题。系统动力学的应用 几乎遍及各类系统，深入到各个领域，例如在区域货运系 统与经济互动关系研究、城市私家车拥有量发展问题、 航空系统客运量预测、 城市物流园区规划中的需求预测、 机动化发展政策对城市发展、城市交通系统的影响以及城 市公交价格组合策略研究等方面都有所应用。 下例是将系统动力学的方法应用于公路货物运输系统， 建立货物运输系统动力学模型，对未来运量预测，并以黑 龙江省公路货物运输相关统计数据对模型进行验证。
系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图，建立相应的数学模型，包括变量、参数、方程 等，描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况，估计模型中的参数值，使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据，验证模型的准确性和有 效性，对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能，支持构建各种类型的系统模型，并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性，支持与其他软件进行集成 和定制开发，满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ，探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行为的学科，它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制，从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件，广泛应用于各个领域，如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能，支持构建复杂的系统模型，并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点，使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
系统动力学的优缺点
系统动力学的优缺点系统动力学是一种重要的系统理论，它基于对系统内情况及其间接性影响的分析，将系统间的复杂关系分析出来，从而识别系统中可能出现的结构uu化问题及其背后的原因，提供解决这些结构问题的实用方法。
因此，系统动力学在定量研究相互关联的系统和复杂系统时具有重要的优点和缺点。
优点第一，系统动力学把系统的表现和有效机制分解为事件、活动、元素、过程、内部机制和内部规则等不同构成单元，明确了它们间联系以及其影响。
这使研究者有更好的把握，更清晰地看到系统间的关系，弄清系统中每个构成部分之后的影响，从而更容易发现和解决与系统相关的问题。
第二，系统动力学把系统的机制分解成简单的各种实体和元素，从而更加容易理解，比如结构、规则、内部机制和过程等各项实体，由此能够把系统中存在的复杂现象拆解成简单的有效机制，从而更加多样化地对系统进行分析。
第三，系统动力学从系统外部引入结构，从而使研究过程更加客观化，而不再受到任何人的干扰，以最近的事例来说，由外部的局限性要求引入的新结构会改变系统的有效性和可行性，使机制运行起来更加完善和有效。
缺点第一，系统动力学只认为系统内部是由一系列因素构成的，而没有考虑系统外部因素对系统运行的影响，比如政策、文化等在系统中的影响，如果不考虑这些因素，就不能准确衡量系统的总体表现。
第二，系统动力学缺乏复杂环境的衡量标准，只认为系统的每一部分是独立的，而实际上，系统的每一部分都是经过环境所共同作用形成的，它依赖于环境的变化，系统的变化也使环境发生变化，而系统动力学没有把环境作为研究的核心，从而浪费了不少有价值的信息资源。
第三，系统动力学并没有解决真实问题的实用方法，系统的变化并不能得到迅速的实施，对系统的改善要求耗费较大精力和时间，同时，由于系统动力学的分析是一个耗时的过程，所以要想得到有效的解决方案，可能就需要多次迭代，而每次迭代都是一个重要的研究过程。
系统动力学
例： 人口子系统的因果关系图
根据实际意义，分析顶点间的关联关系，建立 因果关系。
三、系统动力学流图模型
因果关系图：刻划两个变量的关联关系，解 决了当一个变量增加时，与它成因果关系的变量 是增加还是减少的问题。 但如何建立两个变量的量的关系？
通过绘制流图和写动力学方程统的一种模型， 它有效地解决了这一个问题。
因果关系图
定义：在系统中，若t时刻要素变量vj(t) 随vi(t)而变化，则称vi(t)到vj(t)存在因果链 vi(t)→vj(t), t∈T。 例如：年出生人口v2(t)→人口v1(t)
因果链极性
定义：设存在因果链vi(t)→vj(t), t∈T。 ①若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t)＞0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因果 链为正，记为vi(t)→vj(t), t∈T。 ②若任t∈T， vi(t)任增量Δvi(t)＞0,存在对应 Δvj(t) ＜ 0,则称在时间区间T内，vi(t)到vj(t)的因 果链为负，记为vi(t)→vj(t), t∈T。
流图提供了新的思想方法
用流位和流率描述系统 任何系统本质量只是两类：
一类是积累变量－－对应积分 一类是积累变量的对应速度变量－－对应微分
分析
因果关系图中的要素必须满足以下两个条件： 1、单位一定要明确。 在经济管理系统中，有时候，一些量的单位不明 确，我们建立因果关系时，就应该设计单位。 如，一些心理学方面的变量可被看作是具有压力 或压强的单位量。有的变量要素可以为无量纲(如比 例等)。 2、因果关系图的要素变量v(t)必须是名词或名词 短语。并对v(t)的Δv(t)(Δv(t)＞0或Δv(t)＜0)有明确的 意义。 只有满足这两条，才能建立起映射F(t)。即确定 各因果链的极性。
系统动力学
1．系统的流
• • • • • 系统动力学主要利用四种流来构成模型 物流 订货流 资金流 信息流
2．水平（积累、状态）level
• 水平(积累)是系统的流的积累。例如， 库存量、存款、人口、资源等都可作为 水平变量。一个水平方程相当于—个容 器，它积累变化的流速率。其流速有输 入流速和输出流速，容器内的水平正是 其输入流速与输出流速的差量的积累。
如何区别水平变量和速率变量？ 如何区别水平变量和速率变量？ • 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 同一个变量在系统动力学模型中往往可设为水平变量， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然， 也可设为速率变量，区别它们的原则是什么?显然，它们 的量纲不同，水平变量的量纲是某物流或信息流的某种 的量纲不同， 度量“单位” 速率的量纲是“水平变量的单位／ 度量 “ 单位 ” ； 速率的量纲是 “ 水平变量的单位 ／ 时间 单位” 但是，这不是识别它们的原则。 单位 ” 。 但是 ， 这不是识别它们的原则 。 识别它们要靠 它们的本质上的区别。 它们的本质上的区别。 • 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 速率是控制变量，当抑制作用不存在时，速率就不存在( 为零) 水平变量(积累变量)是流的积累， 为零)了。水平变量(积累变量)是流的积累，是过去速率 控制作用结果的积累，是连续存在的， 控制作用结果的积累，是连续存在的，即使没有现时速 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如， 率的控制作用，速率为零，也能观测到它们。例如，一 个人虽然停止了生长，但他的高度、 个人虽然停止了生长，但他的高度、重量等水平变量并 不会消失。 个工厂的各项活动虽然停止了 个工厂的各项活动虽然停止了， 不会消失。—个工厂的各项活动虽然停止了，但工厂里 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。 工人、设备、资金等水平变量仍然存在，仍可观测到。
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源与汇
参数
6.2 系统动力学原理
（2）流图符号
实物流
①
流
信息流 R1 R1
②
速率变量 L1
③ ④
水准变量 辅助变量 (
。 )
A1
。
6.2 系统动力学原理
（3）流图绘制程序和方法
① 明确问题及其构成要素； ② 绘制要素间相互作用关系的因果关系 图。注意一定要形成回路； ③ 确定变量类型（ L 变量、 R 变量和 A 变 量）。将要素转化为变量，是建模的关键一步。 在此，应考虑以下几个具体原则：
常量方程 （C方程）
C
C1=数值
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
2、一阶正反馈回路
PR 人 口 数 P （+）
年人口 增 加
PR
P
。
+
C1（人口年自然增长率0.02） p PR 2 2.04 2.0808 ┆
。
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100 R PR•KL=C1*R•K C C1=0.02 0 1 2 ┆
（3）SD将社会系统当作非线性(多重)信息反 馈系统来研究
6.2 系统动力学原理
3、工作程序
认识 问题 界定 系统
要素及其因 果关系分析
建立结 构模型
建立数 学模型
仿真 分析
比较与 评价
政策 分析
（流图）（DYNAMOY方程）
6.2 系统动力学原理
4、系统动力学模型
（1）常用要素
流 速率 水平变量
P 100 102 104.04 ┆
100 0
一阶正反馈（简单 人口问题）系统输 出特性曲线
3、一级负反馈回路
+ 订货 量 R1 (—) I 库存量 — 库存 差额 D 期望库存Y
1000
R1
+
。
Z 。 。 D （订货调整时间，5）
I
。 Y（6000）
L I•K=I•J+DT*R1•JK N I=1000 R R1•KL=DK/Z A D•K=Y-I•K C Z=5 0 1 2 ┆
6.2 系统动力学原理
a. 水准（L）变量是积累变量，可定义在任 何时点；而速率（R)变量只在一个时段才有 意义。 b. 决策者最为关注和需要输出的要素一般 被处理成L变量。 c. 在反馈控制回路中，两个L变量或两个 R变量不能直接相连 。 d. 为降低系统的阶次，应尽可能减少回路 中L变量的个数。故在实际系统描述中，辅 助（A）变量在数量上一般是较多的。 ④ 绘制SD流图。
Principles of Systems, 1968
Urban Dynamics (UD), 1969
World Dynamics (WD), 1971 SD, 1972
6.2 系统动力学原理
2、研究对象及其结构特点 （1）研究对象——社会系统
（2）结构特点
①抉择性——具有决策环节（人、信息） ②自律性——具有反馈环节 ③非线性——具有延迟环节
—
库存 差额 。 + Z（5）
R1 G 。
R2 。 W（10） D 。 Y（6000）
途中存货量
G
。
L G•K=G•J+DT*(R1•KL-R2•JK)
I
L I•K=I•J+DT•R2•JK
R R1•KL=D/Z A D=Y-I•K 6000
C Y=6000
C W=10,Z=5 C I=1000 1000 二阶负反馈系统输出特性曲线
I 1000 2000 2800 ┆
D 5000 4000 3200 ┆
R1 1000 800 640 ┆
I
1000 0 一阶负反馈（简单 库存控制）系统输 出特性曲线 t
C Y=6000
4、简单库存控制系统的扩展
10000
库存量
R2 入库量 + （—）— + （—） 订货量 R1
I
1000
I 。
t
C G=10000
Step Ramp Pulse Sin Noise 订货率
。 测试 函数
。
正常销售 （发货）率 。
DELAY
交 （到 ）货 率
库存量
。
。
销售（发货）率
。 。
MAX
。
T2
。
T3
。 库存
差额
SMOOTH
。 库存
期望
平均销 售（发 货）率
。
6.2 系统动力学原理
5、举例
R1（利息1）
L1 R1(订货量) 库存量 I
（库存差额） C1(利率) D Y(期望库存)
(出生人口) (人口总量) (死亡人口) R1 R2 P
C1（出生率）
C2（死亡率）
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
1、基本DYNAMO方程( DYNAmic Model)
系统动力学
系统动力方法通过建立系统动力学 模型(流图等)、利用DYNAMO仿真语言在 计算机上实现对真实系统的仿真实验，从 而研究系统结构、功能和行为之间的动态 关系。
6.2 系统动力学原理
1、由来与发展
Systems Dynamics, SD/ J.W. Forrester(MIT)
Industridl Dynamics (ID), 1959
水准方程（L方程） L L1· K=L1· J+DT*(RI· JK-RO· JK)
速率方程（R方程）
辅助方程（ A方程） R1· JK, …)
R
R1·KL=f ( L1·K,A1·K,…)
A A1· K=g(L1· K,A2· K, L1=L10 L10=数值
赋初值方程（N方程） N
L1=数值 或