《系统动力学》
系统动力学课程PPT共五章全
思维模型－－因果回路图－－ 流图－－ DYNAMO－－计算机模型
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第三章 系统动力学的建模基础
3.1 思维模拟与决策陷阱 系统问题： 直觉对策： 环境污染严重 关闭工厂 乘车难 增加公共车辆 犯罪率增长 加强警力 货币供求矛盾增加 增印纸币 水产品供应不足 扩大捕捞量 知识贬值 紧缩教育投资 产品质量低下 增加广告 住房紧张 占田建房
x 指数增长 有极限增长
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t
(1)基本正反馈模块 现象:谣言传播、企业产值增长、通货膨胀、 知识积累等 特点：非稳定、自增长、自循环
知识积累的正反馈关系
基本正反馈模块流图
39
动力学方程：
dx/dt=RT， RT =k1x， x（0）=x0， k1>0
解得：
x(t)=x0eK1t = x0et/T1
3)积分表达: LEV(t)=∫ [IR(t)-OR(t)]dt （2）速率变量（流率，Rate Variable R）
R LEV
k A
R=f(k,H,LEV,A)
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（3）辅助变量（auxiliary variable， A)
LEV
k A
A=k*(H-LEV)
H
（4）源（Source、汇Sink)
LEV RATE
或 L(t) → R(t) → R(L)
L,R R
L(t)
R(t) 0 (a) t 0 (b) L*
33
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图解法的基本特点： （1）既可用于分析过程有可用于综合过程 三张图象中任意给定一张可画出另外两张。 （2）求解过程的规范性 （3）轮廓性求解（精度不高） （4）难于应用于两阶以上的高阶系统。
系统动力学
系统动力学—管理科学与工程王江坤S090091374一、系统动力学介绍1956年，Jay W.Forrester 放弃了其在电机控制领域的研究，转而将反馈控制的基本原则用于社会经济学系统。
1961年，他在MIT工业管理学院研究公司管理问题，出版了其专著Industrial Dynomics, 这标志着这一学科的创立。
在过去的40年中，系统动力学有了长足的发展。
系统动力学的理论、思想方法和工具，对于分析社会经济中许多复杂动态问题非常有效。
另一方面，系统动力学的分析方法、建模方法、模拟方法和模拟工具比较规范，易于学习和应用。
（1）事件－行为－结构在日常生活中，我们往往是从事件开始认识事物的。
事件一般是在固定的时间点上出现的。
我们要正确的认识事件，须要联系相关事件，并从它们的发展过程中去观察。
也即，要考察事件所在的行为模式。
行为模式是系统的外在表现，可表现为一系列的相关事件随事件的演变过程，是多个关联事件表现出的过去现在和未来。
行为摸式是由系统的内部结构决定的。
结构是产生行为模式的物质的、能量的、信息的内在关系。
系统的结构决定其行为模式，而事件是行为模式的重要片段。
利用系统动力学分析问题，要由事件出发，分析系统的结构与行为模式的关系，以采取成功的政策和策略，调整系统结构，干预和控制系统，改善系统的行为模式，大大避免坏的事件的发生。
（2）系统动力学处理问题的过程●提出问题：明确建立模型的目的。
即要明确要研究和解决什么问题。
●参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设想和期望的系统行为模式。
作为改善和调整系统结构的目标。
●提出假设建立模型：由行为模式，提出系统的结构假设。
由假设出发，设计系统的因果关系图，流图，并列出方程，定义参数。
从而将一系列的系统动力学假设，表示成了清晰的数学关系集合。
●模型模拟：调整参数，运行模型，产生行为模式。
建立好的模型是一个实验室，可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系。
系统动力学.ppt
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30 45 Time (Month)
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张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
一阶反馈系统的复杂性 –– 新假设
buy rate 6 4.5
14
3
1.5
0 1 19 37 55 Buyers (person) 73 91
• 左半段曲线的斜率为正，表明两个反馈环中正反馈环起主导作用 • 左半段曲线的斜率随着水平变量Buyers的增加而递减至零，意味着正反馈环的 力量逐渐削弱，水平变量Buyers的行为呈亚指数增长的特性，购买率buy rate则 随着Buyers的增长而增至其最大值 • 右半段曲线的斜率为负，且其绝对值随着水平变量Buyers的增加由零逐渐递增 的，表明负反馈环不仅起了主导作用，而且其力量在不断加强， • 水平变量Buyers的行为呈超渐近增长的特性，购买率buy rate则随着Buyers的增 长由最大值逐渐衰减至零
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指数增长行为
渐近衰减行为
恒值行为
恒值行为
指数崩溃行为
渐近增长行为
一阶线性正反馈系统 可能有的三种行为模式
一阶线性负反馈系统 可能有的三种行为模式
张学民 xzhang2000@
管理科学与工程学科
系统动力学
非线性与主导反馈环的转移
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• 复杂系统内部存在相互作用的或正或负的多重反馈环。 • 所谓主导反馈环就是在多重反馈环中起主导作用的反馈环。 • 当系统行为表现出指数增长(或指数崩溃)特性时，可以推断系统中必定 存在正反馈环，并且正起着主导作用。 • 当系统行为表现出寻找目标特性时，则可以推断系统中必定存在负反馈 环，并且正起着主导作用。 • 系统行为是由多重反馈环相互作用共同产生的，其行为模式主要由主导 反馈环决定。 • 主导反馈环并非是固定不变的，它(们)往往随着系统状态的变化而在各 反馈环中转移，由此产生了多种多样的复杂的系统行为。 • 实际系统几乎都具有非线性的特征。非线性关系是导致主导反馈环极性 转移的根本原因。 • 不仅要研究正反馈环或负反馈环的作用，而且要研究主导反馈环转移的 作用。 • S型增长是主导反馈环由正反馈环向负反馈环转移的实例。
《2024年系统动力学简介及其相关软件综述》范文
《系统动力学简介及其相关软件综述》篇一一、系统动力学简介系统动力学（System Dynamics）是一种定性与定量相结合的计算机仿真技术，旨在分析和研究复杂系统的行为模式和动态演化过程。
该方法基于系统思考的理念，通过对系统内部各要素及其相互关系的建模和模拟，探索系统行为的本质规律，从而为决策者提供科学的决策依据。
系统动力学主要应用于管理、经济、社会、生态等多个领域，特别适用于解决那些具有复杂结构、相互依赖和反馈机制的动态问题。
其核心思想是利用计算机仿真技术，将复杂的系统分解为若干个相互关联的子系统，通过建立因果关系和反馈机制，揭示系统内部各要素之间的相互作用和影响。
二、系统动力学软件综述随着系统动力学理论的发展和应用，越来越多的软件工具被开发出来，以支持系统动力学的建模和仿真过程。
下面将介绍几款常用的系统动力学软件。
1. Vensim软件Vensim是一款功能强大的系统动力学建模软件，具有友好的用户界面和丰富的建模工具。
它支持多层次、多变量的复杂系统建模，提供了丰富的函数库和符号库，方便用户建立复杂的因果关系和反馈机制。
此外，Vensim还支持模型的敏感性分析和政策模拟，可以帮助决策者了解不同政策对系统行为的影响。
2. Stella软件Stella是一款专门用于教育目的的系统动力学软件，适合初学者使用。
它提供了简单的建模工具和友好的用户界面，可以帮助用户快速了解系统动力学的原理和方法。
虽然Stella的功能相对简单，但它对于初学者来说是一个很好的入门工具。
3. AnyLogic软件AnyLogic是一款集成了多种建模方法的综合性仿真软件，其中包括系统动力学建模。
它具有强大的建模功能和灵活的仿真引擎，支持多种类型的模型构建和分析。
AnyLogic还提供了丰富的可视化工具和交互式界面，方便用户进行模型的演示和交流。
4. 其他软件除了。
系统动力学
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
系统动力学
系统动力学
系统动力学是一门介绍类似或模拟复杂系统和过程的学科，它旨在描述和预测系统的运行行为，以及系统中不同因素之间的依存性和相互作用。
系统动力学注重细节并清楚地描述特定系统的结构和行为模式，同时也探讨复杂系统中可能出现的行为变化。
它被用来模拟特定系统或自然系统，如病毒传播、气象模式、太阳能系统和非线性动态系统。
系统动力学中的复杂性可以来自多种不同的因素，例如，行为或角色的多样性、激发力的不确定性、规则的合理性、影响的时变性、概念的层次性和不可量化性等。
它也常用于探索系统中间接或非线性连接，以及在不同行为模式和状态变化之间的演化关系。
系统动力学的重要性在于它能够帮助人们理解复杂系统的内在结构以及系统中的各种变量之间的复杂而密切的关系，这些关系不仅影响系统的总体行为，还可以为系统的设计和操作提供重要的指引。
因此，系统动力学的研究和应用可以帮助改善和优化系统行为，从而有助于提高系统的有效性和效率。
总之，系统动力学是一种用来研究复杂系统和过程的重要学科，探讨系统行为和中间接关系是其最显著的特点，可以用来识别和预测复杂系统的总体行为，并以此帮助改善系统的性能，它的应用具有极其广泛的前景。
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。
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《系统动力学》
课程名称 系统动力学 课程编号 3041083
英文名称 System Dynamics 课程类型 本专业推荐选修课 总学时 32 理论学时 28 实验学时 4 实践学时
学分 2 预修课程 高等数学、线性代数、系统
工程
适用对象 工业工程/物流工程
课程简介
《系统动力学》是基于系统科学理论，汲取控制论和信息论的精髓，采用定性与定量相结合的方法（以定性分析为先导，定量分析为支持，两者相辅相成），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，并寻觅解决复杂问题的对策的一门学科。
系统动力学方法已成功地应用于企业、城市、地区、国家甚至世界规模的许多战略与决策等分析中，被誉为“战略与决策实验室”；系统动力学模型可作为实际系统，特别是社会、经济、生态复杂大系统的“实验室”。