系统动力学模型案例分析
系统动力学课件与案例分析可编辑全文
能改善公司的成长，使得
以指数方式增长。
1企业成长与投资不足案例
❖ 系统边界的确定：划定系统边界应根据建模目的，把那些 与所研究的问题关系密切的重要变量划入系统边界内。在 此案例中，我们主要关注企业成长问题，研究影响企业营 业收入的因素。根据案例介绍因此我们将仅仅研究企业的 生产、市场、销售部门。不涉及其他部门，竞争对手等等。
(16)供应商生产率=DELAY3(供应商生产需求率，生产延迟) 单位：箱/周
2供应链中牛鞭效应
计算机仿真：
使用Vensim软件建立系统流图和填入方程式， 就可以对系统进行仿真。建立仿真模型可以与现 实对照，可以寻求削弱牛鞭效应的策略，可以预 测系统未来的行为趋势。
仿真结果
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
问题识别：本案例主要研究供应链中牛鞭效应，各个供应链 节点库存积压，库存波动幅度比较大，不够稳定，导致供 应链的成本居高不下，失去了竞争优势。因此急需采取措 施来削弱牛鞭效应，从而能够降低整条供应链的成本，建 立稳定的竞争优势。因此本案例通过啤酒游戏来对供应链 进行仿真，从而为寻找较优的供应链结构来削弱牛鞭效应， 降低成本。
2供应链中牛鞭效应
2供应链中牛鞭效应
❖ 建立仿真方程式： (1)市场销售率=1000+IF THEN ELSE(TIME>4，RANDOM
NORMAL(-200，200，0，100，4),0) 单位：箱/周 (2)零售商销售预测=SMOOTH(市场销售率，移动平均时间)
单位：箱/周 (3)零售商期望库存=期望库存持续时间×零售商销售预测
1企业成长与投资不足案例
1企业成长与投资不足案例
❖ 3.那么从上图可以看出正反馈回路使得营业收入增长，但
系统动力学及vensim建模与模拟技术
系统行为分析
预测系统行为
在构建系统动力学模型时，需要对系统的行为进行预测和分析，了 解系统在不同条件下的响应和变化规律。
分析行为特征
通过对系统行为的深入分析，可以了解系统的动态特性和变化趋势， 为模型建立提供依据。
确定行为目标
在分析系统行为的基础上，需要确定系统的行为目标，即希望系统 达到的状态或结果，以便对模型进行有效的优化和控制。
定义模型规则
根据系统行为的特点，定义模型规则，如时 间延迟、逻辑规则等。
参数化模型
根据已知数据和经验，为模型中的参数赋值。
模型验证与测试
01
模型验证
通过对比历史数据和模拟结果，验 证模型的准确性和可靠性。
模型测试
通过多种情景模拟，测试模型的预 测能力和适用范围。
03
02
敏感性分析
分析模型对参数变化的敏感性，了 解参数对系统行为的影响。
详细描述
城市交通系统是一个复杂的网络，包括道路、交通信号、车辆、行人等。通过 建立城市交通系统模型，可以模拟不同交通政策或基础设施改进方案的效果， 为城市交通规划提供决策支持。
案例三：企业运营系统模拟
总结词
企业运营系统模拟是应用系统动力学和Vensim建模与模拟技术的实际应用案例 ，用于优化企业资源配置和提高运营效率。
03 系统动力学模型构建
系统边界设定
1 2
确定研究范围
在构建系统动力学模型时，首先需要明确系统的 研究范围，即确定系统的边界，以避免不必要的 复杂性和不确定性。
排除外部因素
在设定系统边界时，应将注意力集中在系统内部 的相互关系上，暂时忽略外部因素的影响。
3
确定主要变量
在确定系统边界后，应确定对系统行为有重要影 响的主要变量，这些变量将成为模型中的状态变 量。
simpack案例
simpack案例Simpack是一种用于多体动力学仿真的软件工具，它广泛应用于机械、航空航天、汽车等领域。
Simpack能够对复杂的运动系统进行建模和分析，帮助工程师预测和优化产品的性能。
以下是关于Simpack的一些案例研究。
1. 轮式装载机悬架系统的仿真在这个案例中，Simpack被用来模拟轮式装载机的悬架系统。
通过建立合适的模型和参数设置，工程师可以分析悬架系统在不同路况下的动态特性，进而优化悬架系统的设计，提高车辆的行驶稳定性和舒适性。
2. 风力发电机组的振动分析Simpack可以用于分析风力发电机组的振动特性，帮助工程师确定振动源和振动传播路径。
通过对发电机组的振动进行仿真和优化，可以减少振动对设备的磨损和损坏，提高风力发电机组的可靠性和寿命。
3. 铁路车辆的动力学仿真Simpack可以用来模拟铁路车辆的运动和动力学特性。
工程师可以根据车辆的几何参数和动力系统的特性，分析车辆在不同速度和路况下的行驶稳定性和舒适性。
这可以帮助优化铁路车辆的设计，提高列车的运行效率和乘客的舒适度。
4. 汽车底盘系统的动态分析Simpack可以用于模拟汽车底盘系统的动态特性。
通过建立底盘系统的模型，工程师可以分析底盘的悬架、转向和制动系统等对车辆行驶稳定性和操控性的影响。
这可以帮助优化汽车底盘的设计，提高车辆的操控性能和安全性。
5. 飞机起落架系统的振动分析Simpack可以用来模拟飞机起落架系统的振动特性。
工程师可以通过建立合适的模型和参数设置，分析起落架在起飞和降落过程中的振动情况，评估起落架的结构强度和疲劳寿命。
这可以帮助优化起落架的设计，提高飞机的安全性和可靠性。
6. 洗衣机鼓筒的动力学仿真Simpack可以用来模拟洗衣机鼓筒的运动和振动特性。
工程师可以根据鼓筒的几何参数和驱动系统的特性，分析鼓筒在洗涤过程中的运动轨迹和振动情况。
这可以帮助优化洗衣机的设计，提高洗涤效果和使用舒适度。
7. 船舶的航行动力学仿真Simpack可以用来模拟船舶的航行动力学特性。
多自由度振动系统的动力学模型构建
多自由度振动系统的动力学模型构建引言：多自由度振动系统是指由多个自由度的质点组成的系统，在这样的系统中，每个自由度都可以独立地进行运动。
动力学模型的构建是研究和理解振动系统行为的基础。
本文将介绍多自由度振动系统动力学模型的构建方法及应用。
一、质点模型多自由度振动系统的最基本组成单位是质点。
质点的运动可以用坐标形式以及质点的质量、刚性等参数来描述。
对于一个有n个自由度的振动系统，可以通过将每个自由度的质点模型相连接构成整个系统。
二、约束关系与广义坐标在多自由度振动系统中，质点之间相互约束，其运动不再是自由的，而是受到约束的影响。
为了描述约束关系，引入广义坐标来表示系统各个自由度的相对运动。
广义坐标是将实际坐标通过约束条件变换得到的坐标表示。
三、拉格朗日方程与振动方程拉格朗日方程是多自由度振动系统的基本动力学方程。
通过对系统的动能和势能进行推导和求导，可以得到描述系统运动的拉格朗日方程。
对于振动系统而言，通过求解拉格朗日方程，可以得到系统的振动方程，进一步描述系统的运动行为。
四、模态分析与特征频率模态分析是研究振动系统固有特性的方法。
对于多自由度振动系统，可以通过模态分析得到系统的固有模态和特征频率。
固有模态是指系统在自由振动时，各个自由度的振动模式。
特征频率是指系统在不同固有模态下的振动频率。
五、系统的耦合与动态响应多自由度振动系统中的各个质点之间存在耦合关系，一个自由度的振动会对其他自由度的振动产生影响。
通过研究系统的耦合关系，可以得到系统的动态响应。
动态响应是指系统对外界激励的响应行为，可以通过求解振动方程得到。
六、应用案例：建筑结构振动多自由度振动系统的应用广泛，尤其在建筑结构的振动研究中起到了重要作用。
通过对建筑结构的多自由度振动系统进行建模和分析，可以评估结构的稳定性、抗震性能等。
振动模型的构建和分析可以提供设计和改进建筑结构的依据。
结论：多自由度振动系统的动力学模型构建是研究振动系统行为的关键步骤。
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。
《OSH、应急管理要素整合及系统动力学建模解析》
《OSH、应急管理要素整合及系统动力学建模解析》篇一一、引言随着工业化的快速发展，生产过程中的安全问题日益突出，职业安全健康（OSH）及应急管理成为企业管理的重中之重。
为了更好地进行安全管理及应对突发事件，将OSH、应急管理要素进行有效整合，并采用系统动力学建模技术进行分析与优化显得尤为重要。
本文将首先对OSH和应急管理的相关概念及重要性进行概述，然后对整合的要素进行详细分析，最后通过系统动力学建模解析整合后的效果。
二、OSH与应急管理概述1. 职业安全健康（OSH）：指在生产过程中，通过科学的管理和技术手段，保障劳动者的人身安全和身体健康，预防职业病和工伤事故的发生。
2. 应急管理：指在突发事件发生时，采取科学、有效的方法和手段，保障人员生命安全，减少财产损失，尽快恢复正常的生产生活秩序。
三、OSH与应急管理要素整合1. 人员管理：包括员工的安全培训、健康检查、应急救援队伍的建设等。
2. 设备管理：包括设备的维护、检查、更新，以及应急设备的配备等。
3. 环境管理：包括作业环境的改善、危险源的识别与控制、应急避险设施的建设等。
4. 制度管理：包括安全管理制度的制定、执行与监督，以及应急预案的编制与演练等。
四、系统动力学建模解析系统动力学建模是一种以计算机仿真技术为基础的管理方法，通过构建系统动力学模型，对系统的结构、功能和行为进行深入分析。
在OSH与应急管理要素整合中，可以采用系统动力学建模技术，对整合后的效果进行定量分析和优化。
1. 模型构建：根据OSH与应急管理的要素，构建系统动力学模型。
模型包括人员、设备、环境、制度等子系统，以及各子系统之间的相互关系和影响。
2. 数据分析：通过收集历史数据和实时数据，对模型进行参数设置和校准。
利用模型进行模拟实验，分析各要素对OSH和应急管理的影响。
3. 策略制定：根据模拟实验结果，制定优化策略。
策略包括改进人员管理、设备管理、环境管理和制度管理等方面，以提高OSH和应急管理的效果。
基于系统动力学模型的政策模拟研究
基于系统动力学模型的政策模拟研究引言：随着社会的不断发展和变化，政策制定者需要预测和评估政策的潜在影响。
然而，由于社会系统的复杂性和不确定性，传统的分析方法可能无法全面准确地预测政策的效果。
在这种情况下，基于系统动力学模型的政策模拟研究成为了一种有力的工具，能够帮助政策制定者更好地理解和预测政策的影响。
一、系统动力学模型的基本原理系统动力学是一种研究动态系统行为的方法，它通过建立系统的数学模型来模拟和分析系统的变化过程。
系统动力学模型由一系列的方程组成，描述了系统中各个因素之间的相互作用关系。
这些方程可以包括物质流、能量流、信息流等，从而全面地描述了系统的运行机制。
二、政策模拟的基本步骤政策模拟是指通过系统动力学模型对政策进行定量分析和模拟，以预测政策的潜在影响。
政策模拟的基本步骤包括问题定义、模型建立、参数估计、模型验证和模拟分析。
首先，问题定义是政策模拟的起点。
政策制定者需要明确政策的目标和影响范围，以便建立相应的模型。
其次，模型建立是政策模拟的核心。
模型建立包括确定系统的边界、建立系统的结构和定义各个变量之间的关系。
在这一步骤中，政策制定者需要考虑系统的复杂性和非线性特征，确保模型能够全面准确地反映实际情况。
然后，参数估计是政策模拟的重要环节。
参数估计是指确定模型中各个参数的具体数值，以使模型能够与实际情况相吻合。
参数估计可以通过历史数据、专家咨询和实地调研等方式进行。
接着，模型验证是政策模拟的关键步骤。
模型验证是指通过与实际数据的比对来检验模型的准确性和可靠性。
政策制定者需要根据验证结果对模型进行修正和改进，以提高模型的预测能力。
最后，模拟分析是政策模拟的结果展示和解释。
模拟分析可以通过调整模型中的参数和变量，模拟不同政策情景下的系统行为，从而预测政策的潜在影响。
三、政策模拟的应用案例基于系统动力学模型的政策模拟研究在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的案例：1.经济政策模拟：政府可以利用系统动力学模型来模拟不同的经济政策情景，预测政策对经济增长、就业率和通货膨胀率等指标的影响。
系统动力学与案例分析
系统动力学与案例分析一、系统动力学发展历程（一）产生背景第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国家的社会问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。
这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多，具有如下三个特点：各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关系，例如经济增长与环境保护等。
许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的延迟，因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。
许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西，又存在如价值观念等偏于定性的东西。
这就给问题的处理带来很大的困难。
新的问题迫切需要有新的方法来处理；另一方面，在技术上由于电子计算机技术的突破使得新的方法有了产生的可能。
于是系统动力学便应运而生。
（二）J.W.Forrester等教授在系统动力学的主要成果：1958年发表著名论文《工业动力学——决策的一个重要突破口》，首次介绍工业动力学的概念与方法。
1961年出版《工业动力学》(Industrial Dynamics)一书，该书代表了系统动力学的早期成果。
1968年出版《系统原理》(Principles of Systems)一书，论述了系统动力学的基本原理和方法。
1969年出版《城市动力学》(Urban Dynamics)，研究波士顿市的各种问题。
1971年进一步把研究对象扩大到世界范围，出版《世界动力学》(World Dynamics)一书，提出了“世界模型II”。
1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》(The Limits to Growth)一书，提出了更为细致的“世界模型III”。
这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成34种语言，在世界上发行了600多万册。
两个世界模型在国际上引起强烈的反响。
1972年Forrester领导MIT小组，在政府与企业的资助下花费10年的时间完成国家模型的研究，该模型揭示了美国与西方国家的经济长波的内在机制，成功解释了美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长的经济问题。
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系统动力学模型介绍
1.系统动力学的思想、方法
系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。
系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关
系。
而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的，又可以在一定条件下互相转化。
所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。
系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。
其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度, 而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。
模拟过程中所需的系统功能方面的信息，可以通过收集，分析系统的历史数据资料来获得，是属定量方面的信息，而所需的系统结构方面的信息
则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度，其中也包含着大量的实际工作经验，是属定性方面的信息。
因此，系统动力学对系统的结构和功能
同时模拟的方法，实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息，并将它们有机地融合在一起，合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。
2.建模原理与步骤
政策分析与模型便用
(1)建模原理
用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和 方法论。
系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。
系统内部 的反馈结构和机制决定了系统的行为特性，任何复杂的大系统都可以由多个系统 最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。
系统动力学模型的系统目标就是针 对实际应用情况，从变化和发展的角度去解决系统问题。
系统动力学构模和模拟 的一个最主要的特点，就是实现结构和功能的双模拟，因此系统分解与系统综合 原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。
与其它模型一 样，系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表， 而不是原原本 本地翻译或复制。
因此，在构造系统动力学模型的过程中，必须注意把握大局, 抓主要矛盾，合理地定义系统变量和确定系统边界。
系统动力学模型的一致性和 有效性的检验，有一整套定性、定量的方法，如结构和参数的灵敏度分析，极端 条件下的模拟试验和统计方法检验等等，但评价一个模型优劣程度的最终标准是 客观实践，而实践的检验是长期的，不是一二次就可以完成的。
因此，一个即使
是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、 不断完善，以适应实际 系统
新的变化和新的目标。
（2）建模步骤
系统动力学构模过程是一个认识问题和解决问题的过程，根据人们对客观事 物认识的规律，这是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程，因此它必须是 粗到细，由表及里，多次循环，不断深化的过程。
系统动力学将整个构模过程归 纳为系统分析、
问气定义 划定界限 系统分析*
反饬彎分析 变气定义 建立方
程*
结构分析*
修改模型
个由
结构分析、模型建立、模型试验和模型使用五大步骤
这五大步骤有一定的先后次序，但按照构模过程中的具体情况，它们又都是交叉、反复进行的。
第一步系统分析的主要任务是明确系统问题，广泛收集解决系统问题的有关数据、资料和信息，然后大致划定系统的边界。
第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量和信息反馈机制。
第三步模型建立是系统结构的量化过程（建立模型方程进行量化）。
第四步模型试验是借助于计算机对模型进行模拟试验和调试，经过对模型各种性能指标的评估不断修改、完善模型。
第五步模型使用是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究和做各种政策实验。
3.建模工具
系统动力学软件VENSIM PL敢件
4.建模方法
因果关系图法
在因果关系图中，各变量彼此之间的因果关系是用因果链来连接的。
因果链是一个带箭头的实线（直线或弧线），箭头方向表示因果关系的作用方向，箭头旁
标有“+”或“-”号，分别表示两种极性的因果链。
a.正向因果链L+B:表示原因A的变化（增或减）引起结果B在同一方向上发生变化（增或减）。
b.负向因果链A^-B:表示原因A的变化（增或减）引起结果B在相反方向上发生变化（减或增）。
如图
流图法流图法又叫结构图法，它采用一套独特的符号体系来分别描述系统中不同类型的变量以及各变量之间的相互作用关系。
①状态变量
状态变量又称作位，它是表征系统状态的内部变量，可以表示系统中的物 质、人员等的稳定或增减的状况。
状态变量的流图符号是一个方框，方框内填写
状态变量的名字。
显然，能够对状态变量的变化产生影响的只是速率变量。
状态 方程可根据有关基本定律来建立，如连续性原理、能量质量守恒原理等。
状态方 程有三种最基本的表达方式：微分方程表达、差分方程表达和积分方程表达。
在 定的条件下，这三种表达方式可以互相转化。
如图
5. 建模方程类型
以财政补贴为例 =+P TL**Time 式中 —第K 年财政补贴（万元）； —第J 年年财政补贴（万
元）；
PTL-年财政补贴率 程序模块如图
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拄金啟Aju ①（戸元庙年）
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方程建立好后，设置变量和时间步长，检查模型，运行得到模拟图像和预测数据。
F面用人口的出生率为例
一般来说人口性别比例应该是1:1，但是考虑到统计的实际的数据有可能不是
1:1，这个可以通过历年的不同性别的人口数量得到，人口年龄分布即为：婴儿, 小孩，青年，中年，老年等。
影响出生率的当然就是达到生育年龄的青年和中年
（一般16~45岁）。
政策系数即为计划生育政策执行的严格程度（政府部门可以
得到）。
如果严格执行“一对夫妇一个孩”的人口政策，政策系数=1，随着执行
程度的放松，其值增加。
例如，如果实施“一对夫妇两个孩”的人口政策，政策系数=2。
迁入迁出的人口数量可以通过统计数据得到。
下面主要看下这几个因素对出生率的影响，建模方程
d（出生率）/d（时间）=“青年和中年（一般16~45岁）”*出生率*（性别比）/ （100+ 性别比）*政策系数+（迁入-迁出）*系数（函数）；
（也有可能符合一定的非线性方程之类的，要继续深入的研究）模型参数估计常用方法: 应用统计资料、调查资料确定参数;
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影响出生率的因素我们可以认为有人口性别比例, 人口年龄分布, 政策系数等
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一些常用的数学方法，如经济计量学方法，算法等;
从模型中部分变量关系中确定参数值;
根据模型的参考行为特征估计参数值专家评估。
此处借用别人的图像解释效果。
|GRAPH|
Time (Year)
0-14 岁---- 1------- 1------- 1------ 1------- 1------- 1------- 1------- 1 ------ 1------- 1------- 1
15 64 2 2222222 22
65 岁及以上------ 3------- 3------- 3------- 3 ------ 3------- 3------- 3 ------ 3------- 3——
总人口---------- 4------- 4 ------ 4------- 4 ------ 4------- 4 ------ 4------- 4------ 4------ 4—
总人门
Time (年)
总人口：Clii reiiT
5.模型里还可以加入数学函数，逻辑函数，取大取小函数，阶跃函数，开关函数, 延迟函数等，进而模型将会更复杂。
其他的小系统模块（投资收益，缴费金额等）的建模类似。
6.把每个小的系统模块的微分方程或者差分方程，输入系统，运行模块即可得到模拟曲线和一些模拟预测数据，通过改变变量，反复试验可以得到主要影响变量,
每个小的系统模块再进行集成，一层一层的就可以得到目标的要求, 根据每次的
同时还可以实验结果给出相关的政策与对策。