系统动力学PPT课件
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《机械系统动力学》课件
04
数值模拟法的缺点是计算量大，计算时间长，且需要较高的数学建模 和数值计算能力。
解析法
01 02 03 04
解析法是通过数学解析的方法来求解机械系统动力学问题的方法。
解析法需要建立系统的数学模型，利用数学解析的方法求解模型的微 分方程或差分方程，以获得系统的解析解。
解析法的优点是能够获得系统的精确解，具有较高的理论价值。
实验研究法的优点是能够直接获取系统的实际动 力学行为，具有较高的真实性和可靠性。
数值模拟法
01
数值模拟法是通过计算机数值计算来模拟机械系统的动态行为的方法 。
02
数值模拟法需要建立系统的数学模型，利用数值计算方法求解模型的 微分方程或差分方程，以获得系统的动态响应。
03
数值模拟法的优点是能够模拟复杂系统的动态行为，具有较高的灵活 性和可重复性。
动能定理
总结词
描述物体动能变化的定理
详细描述
动能定理指出，一个物体动能的改变等于作用力对物体所做的功。这个定理是能 量守恒定律在动力学中的表现，是分析机械系统运动状态的重要工具。
势能定理
总结词
描述物体势能变化的定理
详细描述
势能定理指出，一个物体势能的改变等于作用力对物体所做的负功。这个定理可以帮助我们分析机械系统的运动 状态，特别是当物体受到重力的作用时。
CHAPTER 04
机械系统动力学的研究方法
实验研究法
实验研究法需要设计和搭建实验装置，对系统 施加激励并采集响应数据，通过分析数据来揭
示系统的动态特性。
实验研究法的缺点是实验成本较高，实验条件难以控 制，且实验结果可能受到实验误差和环境因素的影响
。
实验研究法是通过实验测试和观察机械系统的 动态行为，以获取系统的动力学特性和性能参 数的方法。
数值模拟法的缺点是计算量大，计算时间长，且需要较高的数学建模 和数值计算能力。
解析法
01 02 03 04
解析法是通过数学解析的方法来求解机械系统动力学问题的方法。
解析法需要建立系统的数学模型，利用数学解析的方法求解模型的微 分方程或差分方程，以获得系统的解析解。
解析法的优点是能够获得系统的精确解，具有较高的理论价值。
实验研究法的优点是能够直接获取系统的实际动 力学行为，具有较高的真实性和可靠性。
数值模拟法
01
数值模拟法是通过计算机数值计算来模拟机械系统的动态行为的方法 。
02
数值模拟法需要建立系统的数学模型，利用数值计算方法求解模型的 微分方程或差分方程，以获得系统的动态响应。
03
数值模拟法的优点是能够模拟复杂系统的动态行为，具有较高的灵活 性和可重复性。
动能定理
总结词
描述物体动能变化的定理
详细描述
动能定理指出，一个物体动能的改变等于作用力对物体所做的功。这个定理是能 量守恒定律在动力学中的表现，是分析机械系统运动状态的重要工具。
势能定理
总结词
描述物体势能变化的定理
详细描述
势能定理指出，一个物体势能的改变等于作用力对物体所做的负功。这个定理可以帮助我们分析机械系统的运动 状态，特别是当物体受到重力的作用时。
CHAPTER 04
机械系统动力学的研究方法
实验研究法
实验研究法需要设计和搭建实验装置，对系统 施加激励并采集响应数据，通过分析数据来揭
示系统的动态特性。
实验研究法的缺点是实验成本较高，实验条件难以控 制，且实验结果可能受到实验误差和环境因素的影响
。
实验研究法是通过实验测试和观察机械系统的 动态行为，以获取系统的动力学特性和性能参 数的方法。
系统动力学的基本理论课件
详细描述
随着大数据技术的不断发展，越来越多的数据被收集并 用于对系统进行建模和分析。数据驱动的系统动力学研 究通过利用大数据技术，建立更加精确、全面的系统模 型，并利用这些模型对系统的动态行为和演化规律进行 深入分析和预测。
人工智能与系统动力学的融合研究
总结词
人工智能与系统动力学的融合研究是未来发展的重要方向之一，主要将人工智能技术应用于系统动力学建模和分 析中。
系统动力学的基本理 论
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学建模 • 系统动力学应用领域 • 系统动力学研究展望
01
系统动力学概述
定义与特点
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模拟系统的行为和动态变化 。
特点
系统动力学强调系统的整体性、动态性和反馈机 制，通过分析系统的结构和行为之间的相互作用 ，来理解和预测系统的行为。
定义参数和常数
为微分方程中的参数和常数赋予实际意义和数 值。
方程简化与推导
对微分方程进行化简和推导，得出更易于分析的模型方程。
模型验证与仿真
模型验证
对比模型预测结果与实际数据，检验模型的准确性和 可靠性。
模型仿真
通过模拟不同输入条件下的系统行为，预测未来发展 趋势和可能出现的状态。
敏感性分析
分析模型中各参数对系统行为的影响程度，找出关键 因素和最优解。
详细描述
在实际问题中，许多系统都存在着多尺度特征，即在 不同时间、空间尺度上表现出不同的行为和演化规律 。系统动力学通过建立多尺度模型，研究不同尺度之 间的相互作用和转化，揭示系统在不同尺度上的动态 行为和演化规律。
数据驱动的系统动力学研究
系统动力学ppt课件
水平方程（L）、速率方程（R）、辅助方程（A）、常量方 程（C）、初值方程（N）。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态 变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量初 始值加上在[0,t可]编这辑课段件 时间净流量变化对时间的积累。 24
在系统动力学中用差分方程表述：
可编辑课件
25
⑵速率方程
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变 化的或者是政策调控存量的决策规则。
在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
反馈控制、 自动调节、 时间滞后和 噪声干扰等。 尤其是反馈 控制理论
根据信息和 评价准则， 用数量方法 寻找或选取 最优决策方 案，是运筹 学的一个分
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出
通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
可编辑课件
9
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化，包括 参数优化、结构优化、边界优化。
参数优化就是通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统 结构来寻找较优的系统行为。
结构优化是指主要增加或减少模型中的水平变量、速率变 量来改变系统结构来获得较优的系统行为。
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。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态 变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量初 始值加上在[0,t可]编这辑课段件 时间净流量变化对时间的积累。 24
在系统动力学中用差分方程表述：
可编辑课件
25
⑵速率方程
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变 化的或者是政策调控存量的决策规则。
在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
反馈控制、 自动调节、 时间滞后和 噪声干扰等。 尤其是反馈 控制理论
根据信息和 评价准则， 用数量方法 寻找或选取 最优决策方 案，是运筹 学的一个分
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出
通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
可编辑课件
9
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化，包括 参数优化、结构优化、边界优化。
参数优化就是通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统 结构来寻找较优的系统行为。
结构优化是指主要增加或减少模型中的水平变量、速率变 量来改变系统结构来获得较优的系统行为。
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。
《系统动力学模型》课件
整合更多的领域知识和数据， 提高模型的预测能力和实际应 用的价值。
3 交通拥堵问题
利用系统动力学模型分析 交通系统中的关键影响因 素，提出拥堵缓解策略。
总结
系统动力学模型的优 点
能够综合考虑各种因素的复杂 相互关系，揭示潜在的系统行 为规律。
系统动力学模型的局 限性
构建和验证模型需要大量的数 据和计算资源，并且容易受到 参数估计误差的影响。
系统动力学模型的未 来发展
3
1 972 年
《The Limits to Growth》的发表使系统动力学模型成为一个热门研究领域。
系统动力学基本理论
系统动力学图形符号、流量与库存的关系以及系统动力学中的反馈思想是构建系统动力学模型的基本理论。
系统动力学模型的构建
步骤一：制定概念模 型
定义系统的边界和范围，确定 系统中的因素。
步骤二：建立定量模 型
全面考虑建模元素，建立动态 模型方程。
步骤三：模型验证和 仿真
模型验证的用案例
1 企业资源分配问题
通过系统动力学模型优化 企业的资源配置方案，提 高经济效益。
2 环境污染问题
应用系统动力学模型预测 环境污染的发展趋势，制 定相应的环境保护措施。
复杂性分析
适用于复杂问题，帮助发现问题背后的潜在因果 关系。
系统动力学模型的应用领域
商业与管理 公共政策 能源与资源管理
环境与可持续发展 社会科学 健康与医疗
系统动力学模型的历史发展
1
1940年代
系统动力学的基本概念和方法首先由Jay W. Forrester提出。
2
1960年代
MIT的Jay W. Forrester开始使用计算机来构建和模拟系统动力学模型。
3 交通拥堵问题
利用系统动力学模型分析 交通系统中的关键影响因 素，提出拥堵缓解策略。
总结
系统动力学模型的优 点
能够综合考虑各种因素的复杂 相互关系，揭示潜在的系统行 为规律。
系统动力学模型的局 限性
构建和验证模型需要大量的数 据和计算资源，并且容易受到 参数估计误差的影响。
系统动力学模型的未 来发展
3
1 972 年
《The Limits to Growth》的发表使系统动力学模型成为一个热门研究领域。
系统动力学基本理论
系统动力学图形符号、流量与库存的关系以及系统动力学中的反馈思想是构建系统动力学模型的基本理论。
系统动力学模型的构建
步骤一：制定概念模 型
定义系统的边界和范围，确定 系统中的因素。
步骤二：建立定量模 型
全面考虑建模元素，建立动态 模型方程。
步骤三：模型验证和 仿真
模型验证的用案例
1 企业资源分配问题
通过系统动力学模型优化 企业的资源配置方案，提 高经济效益。
2 环境污染问题
应用系统动力学模型预测 环境污染的发展趋势，制 定相应的环境保护措施。
复杂性分析
适用于复杂问题，帮助发现问题背后的潜在因果 关系。
系统动力学模型的应用领域
商业与管理 公共政策 能源与资源管理
环境与可持续发展 社会科学 健康与医疗
系统动力学模型的历史发展
1
1940年代
系统动力学的基本概念和方法首先由Jay W. Forrester提出。
2
1960年代
MIT的Jay W. Forrester开始使用计算机来构建和模拟系统动力学模型。
系统动力学建模原理与方法PPT课件
明确目的，面向问题，面向过程与面向应用； 分解与综合原理
确定目标-》确定系统边界 由上到下，有粗到细，逐步分解系统
模型是实际的防真≠真实系统 模型没有完美的
2
精选PPT课件
动力学问题与规范模型
动力学问题
动态的，随时间而变化的 包含了反馈
规范模型
系统动力学模型是实验工具，是真实世界的某些断面 与侧面
优点
结构更加清晰便于沟通 易于处理复杂问题
3
精选PPT课件
建模目的与系统边界
建模原则是面向问题而不是面向系统 建模目的
应用 检验理论
应用性的建模原则
课题选择
解决一个问题 问题对用户必须是最重要的 目标是可信的
建模过程
让用户参加 面向实际 模型有效性测量
更改的可能性
4
系统动力学建模原理与方法
建模基本原理 动力学问题与规范模型 建模目的与系统界限 问题的确定与模型构思
系统框图 因果与相互关系回路图法 流图法 混合图 图解分析方法
精选PPT课件
建模基本原理
最基本依据
系统的观点：系统是整体性，等级性与历时性，系统的 结构、功能与行为；行为模型根植于内部反馈机制。
题
6
精选PPT课件
动态地定义问题
重要变量的动态行为 时间坐标 参考模式 借助图形思考
7
精选PPT课件
系统框图
用方块或圆圈简明地代表系统的主要子快 并描述它们之间物质与信息流的连接关系 的图
在系统结构初步分析阶段有用。
明确目的-》确定问题-》划定边界 系统分解，逐步求精 各子快的反馈耦合关系几系统内可能存在的主要
精选PPT课件
系统界限
界限是一个假象的轮廓 准则：
确定目标-》确定系统边界 由上到下，有粗到细，逐步分解系统
模型是实际的防真≠真实系统 模型没有完美的
2
精选PPT课件
动力学问题与规范模型
动力学问题
动态的，随时间而变化的 包含了反馈
规范模型
系统动力学模型是实验工具，是真实世界的某些断面 与侧面
优点
结构更加清晰便于沟通 易于处理复杂问题
3
精选PPT课件
建模目的与系统边界
建模原则是面向问题而不是面向系统 建模目的
应用 检验理论
应用性的建模原则
课题选择
解决一个问题 问题对用户必须是最重要的 目标是可信的
建模过程
让用户参加 面向实际 模型有效性测量
更改的可能性
4
系统动力学建模原理与方法
建模基本原理 动力学问题与规范模型 建模目的与系统界限 问题的确定与模型构思
系统框图 因果与相互关系回路图法 流图法 混合图 图解分析方法
精选PPT课件
建模基本原理
最基本依据
系统的观点：系统是整体性，等级性与历时性，系统的 结构、功能与行为；行为模型根植于内部反馈机制。
题
6
精选PPT课件
动态地定义问题
重要变量的动态行为 时间坐标 参考模式 借助图形思考
7
精选PPT课件
系统框图
用方块或圆圈简明地代表系统的主要子快 并描述它们之间物质与信息流的连接关系 的图
在系统结构初步分析阶段有用。
明确目的-》确定问题-》划定边界 系统分解，逐步求精 各子快的反馈耦合关系几系统内可能存在的主要
精选PPT课件
系统界限
界限是一个假象的轮廓 准则：
系统动力学的基本理论【共25张PPT】
思：一是指组成系统的各单元。二是指各单元间的作用与相互关系
。系统的结构标志着系统构成的特征。
• 系统的结构包含下述体系与层次：
（1）系统S范围的界限；
（2）子系统或子结构Si(i＝1，2，………p)；
（3）系统的基本单元，反馈回路的结构Ei（j＝1,2,………m ）；
（4）反馈回路的组成与从属成分：状态变量、速率变量、辅助变量 等。
统的内部。
fraction spending to investment 2
non armament spending 2
Economic Capacity 2
capacity lifetime 2 capacity
target armament 2
desired strength ratio 2
initial economic capacity2
沿着反馈回路绕行一周，看回路中全部因果链
的积累效应，积累效应为正，则为正反馈回路，积
累效应为负，则为负反馈回路。
反馈系统就是相互联结与作用的一组回路。
（1）若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正； （2）子系统或子结构Si(i＝1，2，………p)；
（1）正因果链：A→B＋
（4）反馈回路的组成与从属成分：状态变量、速率变量、辅助变量等。
3) 流图
IN 输入率
LEV 状 态变量
OUT 输出率
图1.8 流图及其表示符号
• 流图包括： 状态变量：Level 速率变量: Rate 辅助变量：Auxiliary 源: Sources 汇（漏或沟）: Sinks 物质流：实线 P43 信息链：虚线 P43 源和汇代表系统的环境，其他代表系
armament lifetime 2
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。
系统动力学的历史与未来PPT课件
存量流量图的基本要素及其符号 状态变量(level variable) （1）定义：状态变量是描述系统的积累效应的变量，是数学意义上的
积分，其值可以在瞬间被测量。 （2）计算： 在某个时间间隔内积累变量等于这个时间间隔与输入流
速率和输出流速率差的积，计算公式： LEVEL.K= LEVEL.J+(INFLOW.JK-OUTFLOW.JK)*DT （3）符号：在存量流量图中，状态变量用一个矩形符号表示，在矩形 内写上变量的名称。如： 人口
模型是对系统的简化和抽象。 近似性、可靠性、目的适度。
8
二、学习系统动力学的基础知识
系统结构模型化的方法 基础：系统结构的矩阵表示：布尔矩阵 两种系统结构建模方法：DEMATEL方法和
ISM方法
9
有向图的矩阵描述
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素 的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要 素Si 对Sj 有影响时，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素aij为0 。即
14
四、存量流量图
订货
+
+
库存 —
—
—
库存偏差
+
销售 期望库存
订货
库存
销售
库存调节时间
库存 偏差
期望库存
15
什么是存量？
存量（stock）是指某一指定的时点上，过去生产与积累起 来的产品、货物、储备、资产负债的结存数量。 如：库存商品、银行存款、固定资产 存量类似数学中的积分概念，是一个能够积累的量，在系 统中有单位。
半境画模型、互动投影沙盘等； 按材料分类：木质模型、水晶模型、ABS树脂模型、金属模型等。 模型可以取各种不同的形式，不存在统一的分类原则。按照模型
积分，其值可以在瞬间被测量。 （2）计算： 在某个时间间隔内积累变量等于这个时间间隔与输入流
速率和输出流速率差的积，计算公式： LEVEL.K= LEVEL.J+(INFLOW.JK-OUTFLOW.JK)*DT （3）符号：在存量流量图中，状态变量用一个矩形符号表示，在矩形 内写上变量的名称。如： 人口
模型是对系统的简化和抽象。 近似性、可靠性、目的适度。
8
二、学习系统动力学的基础知识
系统结构模型化的方法 基础：系统结构的矩阵表示：布尔矩阵 两种系统结构建模方法：DEMATEL方法和
ISM方法
9
有向图的矩阵描述
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素 的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要 素Si 对Sj 有影响时，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素aij为0 。即
14
四、存量流量图
订货
+
+
库存 —
—
—
库存偏差
+
销售 期望库存
订货
库存
销售
库存调节时间
库存 偏差
期望库存
15
什么是存量？
存量（stock）是指某一指定的时点上，过去生产与积累起 来的产品、货物、储备、资产负债的结存数量。 如：库存商品、银行存款、固定资产 存量类似数学中的积分概念，是一个能够积累的量，在系 统中有单位。
半境画模型、互动投影沙盘等； 按材料分类：木质模型、水晶模型、ABS树脂模型、金属模型等。 模型可以取各种不同的形式，不存在统一的分类原则。按照模型