西安交通大学：《系统工程》课程教学资源（PPT课件）第四讲 系统仿真及系统动力学（SD）方法

第四讲系统仿真及系统 动力学(SD)方法 ●系统仿真概述 ●系统动力学结构模型化原理 ●基本反馈回路的 DYNAM仿真分析

第四讲 系统仿真及系统 动力学（SD）方法 系统仿真概述 系统动力学结构模型化原理 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析

系统仿真及系统动力学概述 (-)概念及作用 1基本概念 所谓系统仿真,就是根据系统分析的目的 在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上, 建立能描述系统结构或行为过程的、且具有 定逻辑关系或数量关系的仿真模型,据此进行 试验或定量分析,以获得正确决策所需的各种 信息

一 .系统仿真及系统动力学概述 （一）概念及作用 1.基本概念 所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的， 在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上， 建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一 定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行 试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种 信息

2、系统仿真的实质 (1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术 尤其当系统无法通过建立数学模型求解时,仿 真技术能有效地来处理。 (2)仿真是一种人为的试验手段。它和现实系 统实验的差别在于,仿真实验不是依据实际环 境,而是作为实际系统映象的系统模型以及相 应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要 功能。 (3)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演 变及其发展过程

2、系统仿真的实质 (1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。 尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿 真技术能有效地来处理。 (2)仿真是一种人为的试验手段。它和现实系 统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环 境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相 应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要 功能。 (3)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演 变及其发展过程

3、系统仿真的作用 (1)仿真的过程也是实验的过程,而且还是系 统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复 杂的随机问题,应用仿真技术是提供所需信息 的唯一令人满意的方法。 (2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对 象系统,可通过仿真模型来顺利地解决预测、 分析和评价等系统问题。 (3)通过系统仿真,可以把一个复杂系统降阶 成若干子系统以便于分析。 (4)通过系统仿真,能启发新的思想或产生新 的策略,还能暴露出原系统中隐藏着的一些问 题,以便及时解决

3、系统仿真的作用 (1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系 统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复 杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息 的唯一令人满意的方法。 (2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对 象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、 分析和评价等系统问题。 (3)通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶 成若干子系统以便于分析。 (4)通过系统仿真，能启发新的思想或产生新 的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问 题，以便及时解决

(二)系统仿真方法 系统仿真的基本方法是建立系统的结 构模型和量化分析模型,并将其转换为 适合在计算机上编程的仿真模型,然后 对模型进行仿真实验。 由于连续系统和离散(件)系统的数学 模型有很大差别,所以系统仿真方法基 本上分为两大类,即连续系统仿真方法 和离散系统仿真方法

（二）系统仿真方法 系统仿真的基本方法是建立系统的结 构模型和量化分析模型，并将其转换为 适合在计算机上编程的仿真模型，然后 对模型进行仿真实验。 由于连续系统和离散(事件)系统的数学 模型有很大差别，所以系统仿真方法基 本上分为两大类，即连续系统仿真方法 和离散系统仿真方法

在以上两类基本方法的基础上,还 有一些用于系统特别是社会经济和 管理系统)仿真的特殊而有效的方法, 如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。 系统动力学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

在以上两类基本方法的基础上，还 有一些用于系统(特别是社会经济和 管理系统)仿真的特殊而有效的方法， 如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。 系统动力学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

(三)系统动力学的发展及特点 1、由来与发展 Systems Dynamics, SD/Jw Forrester ( MiT) Industrial Dynamics(D),1959 Principles of systems, 1968 Urban Dynamics(UD), 1969 World Dynamics(WD), 1971 SD,1972 [美]彼得·圣吉( Peter Senge)著,第五项修炼—学习型组织的艺术与实务: 上海三联书店,1998。作者简介:1970年从斯坦福大学获工学学士后进入 MIT攻读管理硕士学位,在此期间被 Forrester教授的SD整体动态搭配的管 理新理念所吸引。1978年获得博士学位后,一直和MT的工作伙伴及企业界 人士一道,孜孜不倦地致力于将SD与组织学习、创造原理、认知科学等融合 发展出一种人类梦寐以求的组织蓝图学习型组织

（三）系统动力学的发展及特点 1、由来与发展 Systems Dynamics, SD/ J.W. Forrester(MIT) Industridl Dynamics (ID), 1959 Principles of Systems, 1968 Urban Dynamics (UD), 1969 World Dynamics (WD), 1971 SD, 1972 [美]彼得·圣吉（PeterM·Senge）著，第五项修炼—学习型组织的艺术与实务， 上海三联书店， 1998。作者简介：1970年从斯坦福大学获工学学士后进入 MIT攻读管理硕士学位，在此期间被Forrester教授的SD整体动态搭配的管 理新理念所吸引。1978年获得博士学位后，一直和MIT的工作伙伴及企业界 人士一道，孜孜不倦地致力于将SD与组织学习、创造原理、认知科学等融合， 发展出一种人类梦寐以求的组织蓝图—学习型组织

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 ②抉绎性一有决策环芹(人、信息) ②自性具有反馈环 非性具有还迟环芹 (3)SD将社会系统当作非线性(多重)信息反 馈系统来研究

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 （3）SD将社会系统当作非线性（多重）信息反 馈系统来研究

3、工作程序 认识界定「要素及其因建立结建立数仿真比较与「政策 问题系统日果关系分析日构模型学模型日分析评价上分析 (流图)( DYNAMOY方程)

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）

二、SD结构模型化原理 1、基本原理 (Rate) 决策 速率变量 流 信息 动)=信息 (行动) 系统 水准变量 状态 (Level) 四个基本要素状态、信息、决策、行动 两个基本变量水准变量(L)、速率变量(R) 一个基本思想反馈控制

二、SD结构模型化原理 1、基本原理 决策 信息 行动 系统 状态 速率变量 水准变量 信息 流 （行动） (Rate) (Level) 四个基本要素——状态、信息、决策、行动 两个基本变量——水准变量（L）、速率变量（R） 一个基本思想——反馈控制